Orezul poate deveni un material de construcție sau de protecție surprinzător de sensibil la modul în care este supus presiunii, potrivit cercetărilor recente. Un studiu publicat în revista Matter scoate în evidență modalitatea în care boabele de orez reacționează diferit în funcție de viteza aplicării forței, descoperire care poate duce la dezvoltarea unor materiale inteligente, folosite în domenii precum robotică sau protecție personală.
Reacția neașteptată a orezului sub presiune
Cercetările au demonstrat că orezul, atunci când este comprimat rapid, devine mai slab, aproape de a se destabiliza, pe când, în cazul aplicării unei presiuni lente, își păstrează integritatea și rezistența. Fenomenul a fost numit „înmuiere dependentă de viteză” (rate softening) și este contrar comportamentului obișnuit al majorității materialelor. Această diferență de reacție se datorează scăderii frecării dintre particule odată cu creșterea vitezei, ceea ce afectează rețelele interne de forțe care, în mod normal, susțin structura.
Pentru a valorifica acest efect, cercetătorii au combinat particule pe bază de orez cu materiale precum nisipul, care devin mai rezistente în condiții de presiune rapidă. Rezultatul a fost un nou tip de material granular, capabil să se adapteze în mod automat și să își modifice comportamentul în funcție de modul în care este supus forței.
De la proprietăți naturale la materiale funcționale
„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, unul dintre cercetători. El adaugă că principala inovație stă în utilizarea fizicii pentru a controla modul în care rămâne sau se adaptează structura în funcție de viteza cu care se aplică forța, fără a fi nevoie de senzori sau componente electronice.
Această abordare permite ca materialele obținute să se comporte diferit în funcție de condițiile externe, de exemplu, să se deforme sau să se rigidizeze în cazul impacturilor bruște, sau să fie flexibile în cazul mișcărilor lente. În loc să programeze structurile, cercetătorii lasă fizica să decidă comportamentul, ceea ce reduce complexitatea sistemelor și costurile de producție.
Transformarea materialelor obișnuite în sisteme inteligente, sensibile la modul în care este aplicată forța, deschide noi oportunități pentru inginerie și robotică. Aceste metamateriale pot fi utilizate în construcția unor roboți „moi” care se pot ajusta în timp real, devenind mai ușori, mai siguri și mai adaptați contextului.
De exemplu, în domeniul protecției personale, astfel de materiale ar putea reacționa instant la impacturi, absorbind energia sau deformat controlat pentru a reduce riscul de accidentare. Sunt deja în discuție aplicații în domeniul medical, unde echipamentele ar putea ajusta automat rigiditatea în funcție de impact, fără intervenție umană sau electronică suplimentară.
Cererea pentru astfel de soluții de materiale inteligente devine tot mai acută, în condițiile în care robotica și tehnologia de protecție evoluează rapid. Cercetarea de la Universitatea din Birmingham demonstrează că orezul nu mai este doar un element de bază alimentar, ci poate sta la baza unor materiale cu comportamente complexe, utile în medii și aplicații diverse. Pe data de 15 aprilie 2023, echipa a anunțat că a finalizat prototipul initial al materialului compozit, urmând să testeze capacitatea acestuia de a se comporta în condiții reale.
