Deși este alimentul de bază pentru miliarde de oameni, orezul ascunde proprietăți mecanice neașteptate. Acestea au stat la baza unui nou material inteligent din orez, proiectat să redefinească viitorul ingineriei și al roboticii moi.
Cercetătorii au descoperit că boabele de orez aglomerate se comportă într-un mod neobișnuit sub presiune. Atunci când sunt comprimate lent, boabele rămân relativ puternice, dar atunci când sunt strânse rapid, devin de fapt mai slabe. Acest comportament surprinzător le-a permis oamenilor de știință să creeze un material nou, care ar putea fi folosit într-o zi la roboți flexibili capabili să-și ajusteze automat rigiditatea și la echipamente de protecție care reacționează diferit în funcție de forța unui impact. Importanța majoră a acestei inovații constă în independența tehnologică: materialul „gândește” mecanic, reacționând pur fizic la mediu, fără a avea nevoie de microcipuri, baterii sau computere de bord.
Echipa internațională de cercetare, condusă de Universitatea din Birmingham, și-a prezentat descoperirile în revista de specialitate Matter.
Cum funcționează „înmuierea rapidă”: paradoxul fizic al orezului
Experimentele au arătat că boabele de orez strâns împachetate reacționează foarte diferit în funcție de viteza cu care este aplicată o sarcină. La viteze de încărcare mai mari, materialul se slăbește semnificativ.
Acest fenomen, cunoscut sub numele de „înmuiere rapidă”, este neobișnuit pentru majoritatea materialelor. Cercetătorii au descoperit că el se produce deoarece frecarea dintre boabele individuale de orez scade brusc atunci când forțele sunt aplicate rapid. Drept urmare, rețelele interne de forțe care contribuie în mod normal la susținerea sarcinii devin mai slabe.
Echipa a folosit această proprietate neobișnuită pentru a dezvolta un nou metamaterial — o structură compozită proiectată să prezinte comportamente care nu se regăsesc în materialele naturale.
De ce a fost combinat orezul cu nisipul într-un metamaterial autoadaptabil?
Pentru a construi noul material, cercetătorii au combinat unități granulare pe bază de orez cu materiale precum nisipul, care devin mai rezistente atunci când sunt supuse unei sarcini rapide. Practic, cercetătorii au creat un cuplaj mecanic perfect: în timp ce frecarea dintre boabele de orez scade brusc la impact violent (slăbind structura), nisipul are efectul opus, rigidizându-se. Astfel, noul metamaterial granular preia ce este mai bun din ambele medii fizice. Rezultatul a fost un metamaterial granular capabil să răspundă diferit la mișcări lente și la impacturi bruște.
În funcție de situație, materialul se poate îndoi, deforma sau rigidiza în moduri diferite, totul fără componente electronice, senzori sau sisteme de control active.
„Orezul este poate cel mai cunoscut ca aliment de bază la nivel global, dar este rar asociat cu ingineria avansată. Cercetarea noastră arată că acesta poate constitui baza unei noi clase de materiale funcționale. În loc să tratăm acest fenomen ca pe o 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 componente electronice, senzori sau control activ. În loc să spunem unei structuri cum să reacționeze, lăsăm fizica să decidă: sarcinile rapide declanșează un comportament, iar cele lente, altul.”, a declarat dr. Mingchao Liu, de la Universitatea din Birmingham, citat de publicația Science Daily.
Cercetătorii afirmă că această lucrare evidențiază modul în care materialele granulare obișnuite pot fi transformate în sisteme inginerești care reacționează inteligent prin propriile proprietăți mecanice.
Aplicații potențiale în robotică și echipamente de protecție
Metamaterialul sensibil la viteză ar putea deschide noi posibilități în domeniul roboticii moi. Spre deosebire de roboții tradiționali din metal, sistemele viitoare construite cu aceste materiale ar putea fi mai ușoare, mai sigure și mai adaptabile.
Astfel de roboți ar putea fi deosebit de utili pentru a lucra alături de oameni, pentru a opera în medii dificile și pentru a efectua sarcini delicate, inclusiv asistarea la intervenții chirurgicale.
Materialul ar putea avea aplicații și în echipamentele de protecție. Întrucât poate reacționa diferit în funcție de viteza unui impact, acesta ar putea absorbi energia sau se poate deforma într-un mod controlat în timpul unei coliziuni, contribuind la reducerea riscului de rănire.
Este important de menționat că aceste reacții au loc fără a fi nevoie de componente electronice, surse de alimentare externe sau senzori, ceea ce permite materialului însuși să se adapteze automat la condițiile în schimbare.
O singură ședință de saună crește temporar numărul celulelor imune, sugerează un studiu finlandez
Apa carbogazoasă scade pH-ul oral mai puțin decât băuturile răcoritoare cu zahăr, arată un studiu
Visele nu sunt întâmplătoare. Creierul pare să rescrie realitatea în somn, arată un studiu pe 3.700 de relatări
Un melanom care trece de la un pește la altul, primul cancer transmisibil la un animal de apă dulce
Megastructuri extraterestre în jurul găurilor negre: ideea îndrăzneață discutată de specialiști la MIT
