Επιστήμονες ανακάλυψαν μια παράξενη ιδιότητα του Ρυζιού και τη μετέτρεψαν σε έξυπνο υλικό

Επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το ρύζι εμφανίζει ασυνήθιστη μηχανική συμπεριφορά υπό πίεση και το αξιοποίησαν για τη δημιουργία έξυπνων μεταϋλικών για ρομποτική και προστατευτικό εξοπλισμό.

Οι επιστήμονες εντόπισαν μια απρόσμενη ιδιότητα του ρυζιού

Μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το University of Birmingham ανακάλυψε ότι το ρύζι συμπεριφέρεται με έναν ασυνήθιστο τρόπο όταν δέχεται πίεση. Συγκεκριμένα, όταν συμπιέζεται γρήγορα γίνεται πιο αδύναμο, ενώ όταν δέχεται αργή πίεση παραμένει ισχυρό. Αυτή η αναπάντεχη συμπεριφορά οδήγησε τους ερευνητές στη δημιουργία ενός νέου τύπου «έξυπνου» υλικού.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Matter και δείχνει ότι οι σφιχτά συσκευασμένοι κόκκοι ρυζιού αντιδρούν πολύ διαφορετικά ανάλογα με την ταχύτητα εφαρμογής της δύναμης.

Τι είναι το φαινόμενο “rate softening”

Σύμφωνα με τους ερευνητές, σε υψηλότερες ταχύτητες φόρτισης το υλικό εξασθενεί μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται rate softening. Πρόκειται για ένα ασυνήθιστο φαινόμενο, καθώς τα περισσότερα υλικά συνήθως γίνονται ισχυρότερα όταν η φόρτιση εφαρμόζεται πιο γρήγορα.

Αυτό συμβαίνει επειδή η τριβή ανάμεσα στους κόκκους μειώνεται σημαντικά όσο αυξάνεται η ταχύτητα, διαταράσσοντας τα εσωτερικά δίκτυα δυνάμεων που μεταφέρουν το φορτίο μέσα στο υλικό.

Από το ρύζι σε ένα νέο μεταϋλικό

Αξιοποιώντας αυτή την ιδιότητα, η ομάδα συνδύασε σωματίδια βασισμένα στο ρύζι με άλλα υλικά, όπως η άμμος, τα οποία γίνονται πιο ανθεκτικά υπό γρήγορη φόρτιση. Το αποτέλεσμα ήταν ένα σύνθετο κοκκώδες υλικό που μπορεί να λυγίζει, να παραμορφώνεται ή να γίνεται πιο άκαμπτο, ανάλογα με το αν οι δυνάμεις εφαρμόζονται αργά ή απότομα.

Το σημαντικότερο είναι ότι αυτή η προσαρμοστική συμπεριφορά επιτυγχάνεται χωρίς ηλεκτρονικά, αισθητήρες ή ενεργό έλεγχο.

Η δήλωση των ερευνητών

Ο Dr. Mingchao Liu από το University of Birmingham ανέφερε ότι, αν και το ρύζι είναι γνωστό κυρίως ως βασικό τρόφιμο παγκοσμίως, σπάνια συνδέεται με την προηγμένη μηχανική. Όπως εξήγησε, η έρευνα δείχνει ότι μπορεί να αποτελέσει τη βάση για μια νέα κατηγορία λειτουργικών υλικών.

Παράλληλα, τόνισε ότι η ομάδα δεν αντιμετώπισε το φαινόμενο ως μια απλή επιστημονική περιέργεια, αλλά ως μια πραγματική αρχή σχεδιασμού. Έτσι, δημιούργησαν ένα υλικό που μπορεί να αποκρίνεται διαφορετικά στις αργές κινήσεις και διαφορετικά στα ξαφνικά χτυπήματα, αφήνοντας τη φυσική να καθορίζει τη συμπεριφορά του.

Πιθανές εφαρμογές σε ρομποτική και προστατευτικό εξοπλισμό

Τα νέα αυτά ταχύτητα-ευαίσθητα μεταϋλικά θα μπορούσαν να ανοίξουν τον δρόμο για σημαντικές εξελίξεις στη μαλακή ρομποτική. Σύμφωνα με το δημοσίευμα, τέτοια υλικά μπορούν να βοηθήσουν στη δημιουργία μηχανών πιο ελαφριών, ασφαλών και ευπροσάρμοστων από τις παραδοσιακές μεταλλικές κατασκευές.

Αυτό σημαίνει ότι μελλοντικά ρομπότ θα μπορούσαν να συνεργάζονται αποτελεσματικότερα με ανθρώπους, να λειτουργούν σε ακραία περιβάλλοντα ή να εκτελούν ακριβείς εργασίες, όπως η υποβοήθηση χειρουργικών επεμβάσεων.

Επιπλέον, επειδή το υλικό δεν απαιτεί αισθητήρες, ρεύμα ή ηλεκτρονικό έλεγχο, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και σε προστατευτικό εξοπλισμό που ανταποκρίνεται άμεσα στην ταχύτητα της πρόσκρουσης. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να απορροφά ενέργεια ή να παραμορφώνεται ελεγχόμενα σε ξαφνική δύναμη, συμβάλλοντας στη μείωση του κινδύνου τραυματισμού.

Αναφορά μελέτης:
“Rate dependence in granular matter with application to tunable metamaterials” — Mingchao Liu, Weining Mao, Yiqiu Zhao, Qin Xu, Yixiang Gan, Yifan Wang και K. Jimmy Hsia.

Προσοχή! Επιτρέπεται η αναδημοσίευση των πληροφοριών του παραπάνω άρθρου ή μέρους αυτών μόνο αν αναφέρεται ως πηγή το https://paidis.com/ και υπάρχει ενεργός σύνδεσμος.