Рис обычно воспринимают как один из главных продуктов питания в мире. Но теперь учёные показали, что он может быть полезен не только на кухне, но и в инженерии.
Исследователи обнаружили необычное поведение плотно упакованных рисовых зёрен под давлением. Если сжимать их медленно, они остаются относительно прочными. Но если сжимать быстро, они, наоборот, становятся слабее.
На первый взгляд это звучит как странность. Но именно она помогла учёным создать новый материал, который в будущем может пригодиться в мягких роботах и защитной экипировке.
Исследование международной команды под руководством Университета Бирмингема опубликовано в журнале Matter.
Почему рис ведёт себя так необычно
Во время экспериментов выяснилось, что плотно уложенные зёрна риса по-разному реагируют на нагрузку в зависимости от скорости воздействия.
Когда нагрузка появляется быстро, материал заметно слабеет. Это явление называется “скоростным размягчением” и встречается нечасто.
Причина оказалась в трении между отдельными зёрнами. При быстром воздействии оно резко снижается. Из-за этого внутренние силовые связи, которые обычно помогают выдерживать нагрузку, становятся слабее.
Именно это свойство исследователи решили использовать не как научную диковинку, а как принцип для создания нового материала.
Как из риса сделали метаматериал
Учёные создали гранулированный метаматериал — инженерную структуру, которая ведёт себя не так, как обычные природные материалы.
Для этого они объединили элементы на основе рисовых зёрен с другими материалами, например с песком. В отличие от риса, песок при быстром воздействии может становиться прочнее.
В результате получился материал, который по-разному реагирует на медленное движение и внезапный удар.
Он может изгибаться, терять устойчивость или становиться жёстче — в зависимости от ситуации. И всё это происходит без электроники, датчиков и активных систем управления.
Доктор Минчао Лю из Университета Бирмингема объяснил, что рис редко связывают с передовой инженерией, хотя исследование показывает: он может стать основой нового класса функциональных материалов.
По его словам, учёные не стали относиться к этому эффекту как к простой curiosности. Они превратили его в принцип проектирования: быстрая нагрузка запускает одно поведение, медленная — другое. Структуре не нужно “объяснять”, как реагировать. За неё это делает физика.
Где такой материал может пригодиться
Одна из возможных сфер применения — мягкая робототехника.
В отличие от традиционных металлических роботов, системы на основе таких материалов могут быть легче, безопаснее и лучше адаптироваться к окружающей среде.
Такие роботы могли бы работать рядом с людьми, действовать в сложных условиях и выполнять деликатные задачи. В тексте исследования среди примеров упоминается помощь при хирургических операциях.
Ещё одно направление — защитная экипировка.
Поскольку материал реагирует на удар по-разному в зависимости от его скорости, он может поглощать энергию или контролируемо деформироваться при столкновении. Это потенциально помогает снизить риск травмы.
Главное преимущество в том, что для такой реакции не нужны ни внешнее питание, ни датчики, ни электронное управление. Сам материал подстраивается под условия за счёт своих механических свойств.
Так обычные гранулированные материалы, вроде риса, могут стать основой инженерных систем, которые ведут себя “умно” без какой-либо электроники.
