Međunarodni tim istraživača predvođen Sveučilištem u Birminghamu pokazao je da se pakirana zrna riže ne ponašaju poput većine poznatih materijala. Dok pod sporim pritiskom ostaju relativno čvrsta, pri naglom opterećenju postaju slabija. To neobično svojstvo omogućilo je razvoj metamaterijala koji može automatski mijenjati svoje ponašanje ovisno o tome djeluje li na njega polagana sila ili snažan udarac.

Kako ističu u istraživanju objavljenom u znanstvenom časopisu Matter, pokusi su otkrili da se gusto zbijena zrna riže pri brzom pritisku značajno omekšavaju. Znanstvenici taj fenomen nazivaju 'brzinskim omekšavanjem', a riječ je o vrlo rijetkoj pojavi u svijetu materijala. Razlog leži u trenju između pojedinih zrna. Kada se sila primjenjuje naglo, trenje među njima brzo opada, zbog čega slabi unutarnja mreža sila koja drži strukturu stabilnom. Posljedica je materijal koji pod snažnim opterećenjem postaje manje krut umjesto čvršći.

Od kuhinjske namirnice do naprednog inženjerstva

Umjesto da ovo neobično ponašanje promatraju samo kao znanstvenu zanimljivost, istraživači su ga pretvorili u temelj za razvoj novog metamaterijala, umjetno konstruiranog materijala čija svojstva nadilaze ono što nalazimo u prirodi Kako bi to postigli, kombinirali su granularne strukture inspirirane rižom s materijalima poput pijeska, koji se ponašaju upravo suprotno i postaju čvršći pri naglim opterećenjima. Rezultat je materijal sposoban automatski mijenjati svoje mehaničko ponašanje ovisno o okolnostima.

Kako opisuju, takav se materijal može savijati, izvijati ili ukrućivati na različite načine bez ikakvih senzora, elektronike ili računalnog upravljanja. Drugim riječima, sama njegova unutarnja struktura 'odlučuje' kako će reagirati.

'Riža je možda najpoznatija kao jedna od najvažnijih namirnica na svijetu, ali rijetko je povezujemo s naprednim inženjerstvom. Naše istraživanje pokazuje da može poslužiti kao osnova za potpuno novu klasu funkcionalnih materijala', rekao je voditelj istraživanja dr. Mingchao Liu sa Sveučilišta u Birminghamu.

Prema njegovim riječima, ključna je ideja bila prepustiti fizici da odradi posao koji se inače rješava složenim sustavima upravljanja.

Roboti koji se prilagođavaju okolini

Znanstvenici vjeruju da bi ovakvi materijali mogli imati važnu ulogu u razvoju meke robotike, jednog od najbrže rastućih područja moderne tehnologije. Za razliku od klasičnih robota izrađenih od metala i krutih komponenti, budući roboti mogli bi biti lakši, fleksibilniji i sigurniji za rad uz ljude. Materijali koji sami prilagođavaju svoju krutost mogli bi pomoći robotima da se lakše kreću kroz složena okruženja ili obavljaju iznimno osjetljive zadatke, uključujući medicinske zahvate.

Primjene se ne zaustavljaju na robotici. Isti princip mogao bi se koristiti u zaštitnoj opremi, od sportskih kaciga do sigurnosnih sustava u vozilima.

Budući da materijal različito reagira na različite brzine udara, mogao bi učinkovitije apsorbirati energiju sudara i smanjiti rizik od ozljeda. Posebno je zanimljivo to što za takvu prilagodbu nisu potrebni senzori, baterije ni vanjski izvor energije. Drugim riječima, riječ je o materijalu koji se sam prilagođava situaciji zahvaljujući vlastitoj strukturi.

Otkriće pokazuje da inspiracija za tehnologije budućnosti ponekad može doći iz sasvim neočekivanih izvora, čak i iz običnog zrna riže.