Orezul se comportă într-un mod neașteptat atunci când este supus presiunii. Dacă este comprimat rapid, devine mai slab, dar sub o presiune aplicată lent își păstrează rezistența, scrie Scitechdaily.
Această descoperire îi ajută pe cercetători să dezvolte un nou tip de material care ar putea fi utilizat în roboți „moi”, capabili să își ajusteze automat rigiditatea, precum și în echipamente de protecție care reacționează în funcție de viteza impactului.
Folosind această proprietate, cercetătorii au creat un nou tip de „metamaterial”, adică o structură proiectată special pentru a avea comportamente care nu se regăsesc în mod natural.
Într-un studiu publicat în revista Matter, o echipă internațională coordonată de University of Birmingham a descoperit că boabele de orez compactate reacționează foarte diferit în funcție de viteza cu care este aplicată forța.
La viteze mai mari, materialul devine mai slab printr-un proces numit „înmuiere dependentă de viteză” (rate softening), un fenomen neobișnuit pentru majoritatea materialelor. Acest lucru se întâmplă deoarece frecarea dintre boabe scade semnificativ odată cu creșterea vitezei, perturbând rețelele interne de forțe care, în mod normal, susțin sarcina.
Cum a fost creat un material granular inteligent
Pentru a valorifica acest efect, echipa a combinat particule pe bază de orez cu materiale precum nisipul, care devin mai rezistente atunci când sunt supuse unor forțe rapide. Rezultatul este un material granular compozit care se poate îndoi, deforma sau rigidiza în funcție de modul în care este aplicată forța, treptat sau brusc, fără a folosi electronice, senzori sau sisteme de control active.
„Orezul este cunoscut în primul rând ca aliment de bază la nivel global, dar rareori este asociat cu ingineria avansată. Cercetarea noastră arată că poate sta la baza unei noi clase de materiale funcționale”, a declarat Mingchao Liu.
„În loc să tratăm acest fenomen ca pe o simplă curiozitate, l-am transformat într-un principiu de proiectare. Această abordare ne-a permis să creăm un material care se poate îndoi, deforma sau rigidiza diferit în cazul mișcărilor lente față de impacturile bruște, fără electronice, senzori sau control activ. În loc să spunem unei structuri cum să reacționeze, lăsăm fizica să decidă: forțele rapide declanșează un comportament, iar cele lente un altul”, a adăugat cercetătorul.
De la materiale obișnuite la sisteme avansate
Descoperirile evidențiază modul în care materiale granulare obișnuite pot fi transformate în sisteme care reacționează inteligent, folosindu-se doar de proprietățile lor mecanice.
Aceste metamateriale sensibile la viteză ar putea duce la progrese importante în domeniul roboților „moi”, permițând dezvoltarea unor mașini mai ușoare, mai sigure și mai adaptabile decât cele tradiționale din metal. Astfel de roboți ar putea lucra mai eficient alături de oameni, în medii extreme sau în sarcini de mare precizie, precum asistarea intervențiilor chirurgicale.
Deoarece materialul nu necesită electronice, energie sau senzori, ar putea fi folosit și în echipamente de protecție care reacționează instantaneu la viteza impactului. Acesta poate absorbi energia sau se poate deforma controlat în cazul unor forțe bruște, contribuind la reducerea riscului de accidentare.