Международная группа ученых под руководством исследователей из Бирмингемского университета обнаружила необычное свойство обычного риса, которое может лечь в основу принципиально новых материалов для создания мягких роботов и защитного снаряжения, адаптирующегося к силе удара.
В ходе экспериментов выяснилось, что механические свойства спрессованных зерен риса кардинально меняются в зависимости от скорости приложения нагрузки. При быстром сжатии рис становится более хрупким — эффект, известный как «скоростное разупрочнение». Это происходит из-за резкого снижения трения между зернами на высоких скоростях, что ослабляет внутренние связи, обычно удерживающие структуру.
Используя эту особенность, ученые создали гибридный гранулированный материал, соединив рис с другими сыпучими веществами, которые, наоборот, упрочняются при быстром воздействии. Получившийся композит, или «метаматериал», ведет себя не так, как природные аналоги: он способен по-разному реагировать на внешнее воздействие без использования электроники или датчиков. При медленных движениях он гнется и деформируется, а при резких ударах — становится жестким.
Как пояснил доктор Минчао Лю из Бирмингемского университета, исследователям удалось превратить любопытный феномен в принцип проектирования. Вместо того чтобы программировать материал с помощью сложных систем, они позволили самой физике решать, как вести себя в конкретный момент.
Практическое применение такой технологии открывает широкие перспективы. В частности, чувствительные к скорости метаматериалы могут стать основой для «мягкой» робототехники, делая машины более легкими, безопасными и адаптивными для совместной работы с людьми, в сложных условиях или даже в хирургии. Кроме того, из такого материала можно создавать защитное снаряжение, которое мгновенно подстраивается под силу удара: безопасно прогибаться при слабом воздействии или становиться твердым панцирем в момент серьезной опасности, эффективно защищая владельца от травм.