科學家發現大米的一種奇怪特性並將其轉化為智慧材料

研究人員發現，包裝好的米粒在壓力下表現得異常。當緩慢壓縮時，顆粒保持相對堅固。但當它們被快速擠壓時，它們就會變得虛弱。由於這種令人驚訝的行為，科學家們創造了一種新材料，有一天可以用於軟機器人，自動調整其剛度和防護設備，根據衝擊力做出不同的反應。

由伯明翰大學領導的國際研究小組在該雜誌上報告了他們的發現 事。

水稻對壓力的異常反應

實驗表明，緊密堆積的米粒根據施加負載的速度而做出非常不同的反應。在較高的加載速率下，材料會顯著減弱。

這種現象稱為“速率軟化”，在大多數材料中並不常見。研究人員發現，發生這種情況是因為快速施加力時，單一米粒之間的摩擦力會顯著下降。結果，通常幫助支持負載的內部網路被削弱。

該團隊利用這種不尋常的特性開發了一種新的超材料，這是一種工程複合結構，旨在表現出天然材料中未發現的行為。

創建自適應超材料

為了製造這種新材料，研究人員將稻米顆粒單元與沙子等材料結合起來，這些材料在快速加載時會增強。結果是一種顆粒狀超材料，能夠對緩慢運動和突然衝擊做出不同的反應。

根據情況，材料可以以各種方式彎曲、捲曲或變硬，所有這些都不需要主動電子設備、感測器或控制系統。

伯明翰大學的劉明超博士說：「大米可能被認為是世界各地的主食，但它很少與先進工程聯繫在一起。我們的研究表明，它可以成為一類新型功能材料的基礎。

「我們沒有將這種現象視為一種怪癖，而是將其轉變為一種設計原則。這種方法使我們能夠創造出一種可以根據慢運動而彎曲、彎曲或變硬的材料，無需電子設備、感測器或主動控制。我們沒有告訴結構如何響應，而是讓物理學決定不同的行為：快速加載、慢速加載。”

研究人員表示，這項工作展示瞭如何將普通顆粒材料轉化為工程系統，透過其機械性能做出智慧響應。

機器人和安全工具的潛在應用

速度敏感的超材料可能為軟機器人技術開啟新的可能性。與傳統的金屬機器人不同，用這些材料建構的未來系統可能會更輕、更安全、更適應性。

這種機器人對於與人一起工作、在困難的環境中操作以及執行精細的任務（包括協助手術）特別有用。

該材料也可用於防護設備。由於它可以根據撞擊速度做出不同的反應，因此可以吸收碰撞中的能量或以受控方式變形，有助於降低受傷風險。

最重要的是，這些響應無需電子設備、外部電源或感測器即可發生，使材料本身能夠自動適應不斷變化的條件。