I chicchi di riso sono stati la base per una scoperta innovativa da parte degli scienziati, che hanno sviluppato un nuovo materiale in grado di modificare il proprio comportamento a seconda della velocità della pressione applicata. Questa peculiare caratteristica permette la realizzazione di strutture che reagiscono in modi diversi a movimenti lenti e impatti improvvisi, senza l’utilizzo di sensori o elettronica.
Nonostante sia essenziale nella dieta globale, il riso ha dimostrato un potenziale significativo nell’ingegneria dei materiali. I ricercatori hanno notato un comportamento atipico nei grani compattati sotto forze diverse, aprendo la strada a progressi nel campo dei materiali intelligenti.
La ricerca ha rivelato che la forza del riso varia con la compressione: è più forte se sottoposto a pressione graduale, ma sorprendentemente più fragile se compresso rapidamente. Questo fenomeno ha ispirato la creazione di un materiale innovativo, che promette future applicazioni in robot flessibili con rigidità autoregolante e in apparecchiature di sicurezza che si adattano alla forza di una collisione. Il lavoro è stato svolto da un team internazionale, guidato dall’Università di Birmingham, e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista Matter.
Scoprire la particolarità del riso sotto diverse pressioni
Gli studi condotti dal team hanno indicato che il modo in cui i chicchi di riso compattati reagiscono cambia drasticamente a seconda della velocità della forza applicata. In situazioni di carico più accelerato si è osservata una notevole riduzione della resistenza del materiale.
Questo comportamento, classificato come “strain rate softening”, è raro nella maggior parte dei composti. Gli scienziati hanno spiegato che questo fenomeno si verifica a causa della diminuzione dell’attrito tra i chicchi di riso quando sottoposti a forze rapide. Ciò si traduce nell’indebolimento delle reti di forze interne che normalmente fornirebbero il supporto del carico. Sulla base di questa proprietà unica, il gruppo di ricerca è stato in grado di sviluppare un metamateriale senza precedenti, ovvero una struttura progettata per mostrare caratteristiche che non si trovano in natura.
Lo sviluppo di un metamateriale capace di auto-regolarsi
Per progettare il nuovo composto, i ricercatori hanno combinato unità granulari derivate dal riso con altri elementi, come la sabbia, nota per diventare più rigida sotto carichi accelerati. Il risultato finale è stato un metamateriale granulare in grado di reagire in modi diversi a movimenti lenti e impatti improvvisi.
Il materiale può piegarsi, deformarsi o irrigidirsi in diversi modi, adattandosi alla situazione senza richiedere elettronica, sensori o sistemi di controllo attivi. Il dottor Mingchao Liu dell’Università di Birmingham ha commentato la scoperta, sottolineando che sebbene il riso sia un alimento base a livello mondiale, la sua associazione con l’ingegneria avanzata è insolita, ma la sua ricerca dimostra un nuovo potenziale per i materiali funzionali.
Ha spiegato che, invece di considerare il fenomeno come una semplice curiosità, il team lo ha trasformato in un principio di progettazione. Questo approccio ha consentito la creazione di un materiale che si comporta diversamente in caso di movimenti lenti e impatti rapidi, senza la necessità di componenti elettronici. Secondo Liu, la fisica decide la reazione, con carichi veloci che innescano un comportamento e carichi lenti un altro. Gli scienziati affermano che lo studio evidenzia la capacità di trasformare i comuni materiali granulari in sistemi progettati per rispondere in modo intelligente attraverso le proprie proprietà meccaniche.
Possibili usi di materiali intelligenti in robot e articoli protettivi
Il metamateriale sensibile alla velocità apre nuove prospettive per la robotica flessibile. A differenza dei robot realizzati con i metalli tradizionali, i futuri sistemi costruiti con questo tipo di materiale potrebbero essere più leggeri, sicuri e adattabili a diverse funzioni.
Questi robot possono essere particolarmente utili in collaborazione con gli esseri umani, operando in ambienti difficili e svolgendo compiti delicati come assistere nelle procedure chirurgiche. Il materiale presenta anche possibilità di applicazione nei dispositivi di protezione. Grazie alla sua capacità di reagire in modo diverso a seconda della velocità dell’impatto, può assorbire energia o deformarsi in modo controllato durante una collisione, riducendo al minimo il rischio di lesioni. È fondamentale evidenziare che queste risposte avvengono senza la necessità di elettronica, energia esterna o sensori, consentendo al materiale stesso di adattarsi automaticamente alle mutevoli condizioni.
