O arroz é aclamado como uma das culturas alimentares mais importantes do mundo, mas os cientistas mostram agora que também pode ajudar a inspirar uma nova geração de materiais inteligentes.
Os pesquisadores descobriram que os grãos de arroz embalados exibiam um comportamento incomum quando sob pressão. Quando comprimidas lentamente, as partículas permanecem relativamente sólidas. Mas quando apertados rapidamente, eles ficam mais fracos. Este comportamento surpreendente permitiu aos cientistas criar um novo material que poderia um dia ser usado em robôs macios que ajustam automaticamente a sua rigidez e equipamento de proteção para responder de forma diferente dependendo da força de um impacto.
Uma equipe de pesquisa internacional liderada pela Universidade de Birmingham relata suas descobertas na revista coisa.
A resposta incomum de Rice à pressão
As experiências demonstraram que os grãos de arroz compactados reagem de forma muito diferente, dependendo da rapidez com que a carga é aplicada. Em taxas de carregamento mais elevadas, o material enfraquece significativamente.
Este fenômeno é chamado de “amolecimento de taxa” e é incomum na maioria dos materiais. Os pesquisadores descobriram que esse fenômeno ocorre porque o atrito entre os grãos de arroz individuais diminui drasticamente quando a força é aplicada rapidamente. Como resultado, a rede interna de forças que normalmente ajudam a suportar a carga torna-se mais fraca.
A equipe explorou esta propriedade incomum para desenvolver um novo metamaterial, uma estrutura composta projetada para exibir comportamentos não encontrados em materiais naturais.
Crie metamateriais adaptativos
Para criar o novo material, os pesquisadores combinaram unidades de partículas de arroz com materiais como areia, que fica mais resistente quando carregada rapidamente. O resultado é um metamaterial granular que responde de maneira diferente à câmera lenta e a impactos repentinos.
Dependendo da situação, o material pode dobrar, dobrar ou enrijecer de diferentes maneiras, tudo sem a necessidade de componentes eletrônicos, sensores ou sistemas de controle ativos.
Dr. Mingchao Liu, da Universidade de Birmingham, disse: “O arroz pode ser o alimento básico mais conhecido do mundo, mas raramente é associado à engenharia avançada. Nossa pesquisa mostra que ele poderia formar a base de uma nova classe de materiais funcionais.
“Em vez de tratar esse fenômeno como uma curiosidade, nós o transformamos em um princípio de design. Essa abordagem nos permitiu criar um material que pode flexionar, dobrar ou enrijecer de diferentes maneiras sob câmera lenta e impacto repentino – sem a necessidade de eletrônicos, sensores ou controle ativo. Em vez de dizer à estrutura como responder, deixamos a física decidir: uma carga rápida desencadeia outro comportamento, uma carga lenta desencadeia outro comportamento.”
Os pesquisadores dizem que este trabalho destaca como materiais granulares comuns podem ser transformados em sistemas projetados que respondem de forma inteligente por meio de suas próprias propriedades mecânicas.
Aplicações potenciais para robótica e dispositivos de segurança
Metamateriais sensíveis à velocidade podem abrir novas possibilidades para a robótica suave. Ao contrário dos robôs metálicos tradicionais, os futuros sistemas construídos a partir destes materiais poderão ser mais leves, mais seguros e mais adaptáveis.
Esses robôs são particularmente úteis para trabalhar ao lado de pessoas, operar em ambientes desafiadores e realizar tarefas delicadas, inclusive auxiliar em cirurgias.
O material também pode ser utilizado em equipamentos de proteção. Como pode reagir de forma diferente dependendo da velocidade do impacto, pode absorver energia ou deformar-se de forma controlada durante uma colisão, ajudando a reduzir o risco de lesões.
É importante ressaltar que essas respostas ocorrem sem a necessidade de componentes eletrônicos, fontes de energia externas ou sensores, permitindo que o próprio material se adapte automaticamente às mudanças nas condições.
