3 
Международная группа ученых под руководством исследователей из Университета Бирмингема обнаружила неожиданное свойство рисовых зерен,, которое позволило создать новый тип «умного» материала. Об этом пишет Science Daily.
Что особенного обнаружили исследователи в обычном рисе?
Во время экспериментов исследователи заметили,, что плотно спрессованные рисовые зерна ведут себя необычно под нагрузкой. Если давление прикладывать постепенно,, структура остается относительно прочной. Однако при резком сжатии она,, напротив,, становится слабее.
Для большинства материалов характерно противоположное поведение, поэтому открытие привлекло особое внимание ученых. Специалисты объясняют, что причина заключается во взаимодействии между отдельными зернами. Когда нагрузка возникает очень быстро, сила трения между ними резко снижается. Из-за этого внутренняя сеть контактов, которая удерживает конструкцию и распределяет нагрузку, начинает работать менее эффективно.
Такое явление получило название «скоростное смягчение» или rate softening.
Вместо того чтобы рассматривать это явление как научную курьезу, команда решила использовать его на практике. Исследователи создали так называемый метаматериал – специально спроектированную структуру, свойства которой не встречаются в природе.
Для этого они соединили гранулированные элементы на основе риса с другими материалами, в частности, с песком. В отличие от риса, песок при быстрой нагрузке становится более прочным. Благодаря такой комбинации удалось создать материал, который автоматически меняет свое поведение в зависимости от характера воздействия. При медленном движении он реагирует одним образом, а при внезапном ударе – совсем иначе. При этом для его работы не нужны датчики, электроника, батареи или программное обеспечение.
Физика сама решает, как реагировать
Один из авторов исследования, доктор Минчао Лю из Бирмингемского университета, подчеркнул, что работа демонстрирует новый подход к созданию функциональных материалов.
«Рис чаще всего ассоциируется с продуктами питания, а не с передовой инженерией. Наше исследование показывает, что он может стать основой нового класса функциональных материалов», – отметил ученый.
По его словам, исследователи превратили необычное свойство риса в полноценный инженерный принцип.
«Вместо того чтобы предписывать конструкции, как реагировать, мы позволили физике решать это самостоятельно. Быстрые нагрузки запускают одно поведение, а медленные – другое», – объяснил доктор Лю. В результате материал может по-разному сгибаться, деформироваться или становиться более жестким в зависимости от конкретной ситуации.
Одним из самых перспективных направлений применения исследователи называют мягкую робототехнику. В отличие от традиционных металлических роботов, будущие системы на основе таких материалов могут оказаться легче, безопаснее для людей и более гибкими в использовании.
Подобные роботы могут работать рядом с людьми на производстве, выполнять сложные задачи в опасных средах или помогать врачам во время хирургических операций,, где требуется высокая точность движений.
Защита без электроники и батарей
Еще одним потенциальным направлением применения является создание защитного снаряжения. Поскольку материал по-разному реагирует на скорость удара, его можно использовать в системах поглощения энергии при столкновениях. В случае сильного удара структура автоматически изменит свои свойства, чтобы снизить риск травм.
В отличие от современных активных систем защиты, такая технология не потребует внешнего питания, датчиков или сложной электроники. Исследователи считают, что их работа демонстрирует новые возможности использования обычных гранулированных материалов. То, ч, что еще недавно казалось обычным пищевым продуктом, может стать основой для создания целой категории интеллектуальных инженерных конструкций, способных самостоятельно адаптироваться к окружающим условиям.