Vědci objevili zvláštní vlastnost rýže a přeměnili ji na chytrý materiál

Foto: Shutterstock

Nečekaný objev v rýži

Rýže je známá jako jedna z nejdůležitějších potravinových plodin na světě, ale vědci nyní ukázali, že by mohla také inspirovat novou generaci chytrých materiálů. Výzkumníci zjistili, že zrnka rýže se při tlaku chovají neobvykle. Když jsou stlačována pomalu, zůstávají relativně pevná. Ale když jsou stlačována rychle, stávají se slabšími. Toto překvapivé chování umožnilo vědcům vytvořit nový materiál, který by mohl být jednou použit v měkkých robotech, které automaticky upravují svou tuhost, a v ochranném vybavení, které reaguje různě v závislosti na síle nárazu.

Autor původního článku: redakce

Kontext

Objev této neobvyklé vlastnosti rýže zapadá do širšího trendu využívání přírodních materiálů pro technologické inovace. Využití rýže jako základního prvku pro vývoj metamateriálů ukazuje, jak mohou běžné suroviny přispět k pokroku v oblasti robotiky a ochranných technologií. Tento výzkum má potenciál ovlivnit průmysl nejen v Evropě, ale i globálně, zejména v oblastech, kde je bezpečnost a adaptabilita klíčová. Sledujte budoucí vývoj v oblasti měkké robotiky a ochranných technologií, kde by tento materiál mohl hrát významnou roli.

Neobvyklá reakce rýže na tlak

Experimenty ukázaly, že hustě zabalená zrnka rýže reagují velmi odlišně v závislosti na rychlosti, s jakou je na ně aplikována zátěž. Při vyšších rychlostech zatížení materiál významně oslabuje. Tento jev, známý jako „změkčení rychlostí“, je u většiny materiálů neobvyklý. Vědci zjistili, že k tomu dochází, protože tření mezi jednotlivými zrny rýže prudce klesá, když jsou síly aplikovány rychle. Výsledkem je, že vnitřní sítě sil, které normálně pomáhají podporovat zátěž, se stávají slabšími.

Vytvoření samočinně se přizpůsobujícího metamateriálu

K vytvoření nového materiálu vědci zkombinovali rýžové granulární jednotky s materiály jako je písek, které se stávají silnějšími při rychlém zatížení. Výsledkem byl granulární metamateriál schopný reagovat odlišně na pomalé pohyby a náhlé nárazy. V závislosti na situaci se materiál může ohýbat, sklápět nebo zpevňovat různými způsoby, a to vše bez elektroniky, senzorů nebo aktivních řídicích systémů.

Dr. Mingchao Liu z University of Birmingham uvedl: „Rýže je možná nejznámější jako základní potravina po celém světě, ale málokdy je spojována s pokročilým inženýrstvím. Náš výzkum ukazuje, že může tvořit základ nové třídy funkčních materiálů. Místo toho, abychom tento jev považovali za kuriozitu, přeměnili jsme ho na návrhový princip. Tento přístup nám umožnil vytvořit materiál, který se může ohýbat, sklápět nebo zpevňovat odlišně při pomalých pohybech versus náhlých nárazech — bez elektroniky, senzorů nebo aktivního řízení. Místo toho, abychom říkali struktuře, jak reagovat, necháme fyziku rozhodnout: rychlé zátěže spouštějí jedno chování, pomalé zátěže jiné.“

Možné aplikace v robotice a ochranném vybavení

Rychlostně citlivý metamateriál by mohl otevřít nové možnosti v oblasti měkké robotiky. Na rozdíl od tradičních kovových robotů by budoucí systémy postavené z těchto materiálů mohly být lehčí, bezpečnější a přizpůsobivější. Takoví roboti by mohli být obzvláště užiteční pro práci vedle lidí, provoz v náročných prostředích a provádění jemných úkolů, včetně asistence při chirurgii.

Materiál by mohl mít také využití v ochranném vybavení. Protože může reagovat odlišně v závislosti na rychlosti nárazu, mohl by absorbovat energii nebo se deformovat kontrolovaným způsobem během kolize, což by pomohlo snížit riziko zranění. Důležité je, že tyto reakce probíhají bez potřeby elektroniky, externího napájení nebo senzorů, což umožňuje materiálu automaticky se přizpůsobit měnícím se podmínkám.

Mohlo by vás zajímat

• Vzácný mezihvězdný návštěvník spustil pátrání SETI po mimozemské technologii
• NASA vytváří na Mezinárodní vesmírné stanici jednu z nejpodivnějších forem hmoty
• Po 20 letech vědci konečně zmenšili výkonný laser na čip

Původní článek: Scientists discover a strange property in rice and turn it into a smart material