Ilustrační obrázek
Vygenerováno v Nano Banana Pro
Rýže jako materiál budoucnosti? Vědci z ní vytvořili chytrou hmotu pro roboty i ochranné vybavení
Výzkumníci z University of Birmingham objevili neobvyklé chování stlačených rýžových zrn a proměnili ho v nový typ metamateriálu. Ten dokáže automaticky měnit své vlastnosti podle rychlosti působící síly a v budoucnu by mohl najít využití v robotice, medicíně nebo ochranném vybavení.
bac
Když se řekne rýže, většina lidí si představí večeři. Výzkumníci z britské University of Birmingham v ní ale vidí něco úplně jiného. Možný základ nové generace chytrých materiálů, které by jednou mohly najít využití v robotech, ochranném vybavení nebo třeba v medicíně.
Mezinárodní tým vědců ve své studii totiž objevil nečekanou vlastnost obyčejných rýžových zrn. Na rozdíl od většiny známých materiálů se při rychlém stlačení nestávají pevnějšími, ale naopak slabšími.
Právě tato zdánlivá zvláštnost otevřela cestu ke vzniku zcela nového typu takzvaného metamateriálu.
Rychlý náraz? Rýže změkne
Většina materiálů se při prudkém zatížení chová předvídatelně. Čím větší síla a rychlost působí, tím větší odpor kladou.
U rýže ale vědci pozorovali opačný efekt.
Pokud jsou zrna stlačována pomalu, vytvářejí mezi sebou stabilní síť sil, která dokáže zatížení efektivně přenášet. Jakmile ale tlak přijde náhle a rychle, tření mezi jednotlivými zrny výrazně klesne a celý systém zeslábne.
Fyzikové tento jev označují jako „rate softening“, tedy měknutí v závislosti na rychlosti zatížení. V přírodních materiálech jde o poměrně vzácný fenomén.
„Rýži si většina lidí spojuje s potravinou, nikoli s pokročilým inženýrstvím. Náš výzkum ale ukazuje, že může tvořit základ zcela nové třídy funkčních materiálů,“ uvedl pro server Sciencedaily.com vedoucí výzkumu Mingchao Liu z University of Birmingham.
Materiál, který se rozhoduje sám
Výzkumníci následně spojili rýžové granule s jinými sypkými materiály, například pískem, který se naopak při rychlém zatížení zpevňuje.
Výsledkem je metamateriál schopný reagovat různě podle situace.
Při pomalém pohybu se může ohýbat a deformovat jedním způsobem. Při prudkém nárazu nebo zatížení se jeho chování změní. A to bez jakýchkoli senzorů, elektroniky nebo softwaru.
„Místo toho, abychom materiálu říkali, jak se má zachovat, necháváme rozhodovat fyziku. Rychlé zatížení spustí jednu reakci, pomalé jinou,“ vysvětluje Liu.
Právě tato schopnost samostatně reagovat na okolní podmínky je jedním z hlavních cílů moderního materiálového inženýrství.
Roboti bez kovových kloubů
Jednou z oblastí, kde by nový materiál mohl najít uplatnění, je robotika.
Současné průmyslové roboty jsou většinou postavené z pevných kovových konstrukcí. To sice zajišťuje vysokou přesnost, ale zároveň omezuje jejich bezpečnost při spolupráci s lidmi.
Vývojáři tak stále častěji hledají cesty k takzvané měkké robotice.
Roboti využívající podobné materiály by mohli být lehčí, pružnější a bezpečnější. Mohli by pracovat vedle lidí, pohybovat se v komplikovaném prostředí nebo provádět jemné úkony, například při lékařských zákrocích.
Chytřejší helmy i chrániče
Potenciál ale nekončí u robotů.
Protože materiál reaguje odlišně na různé typy nárazů, mohl by najít využití také v ochranných pomůckách.
Budoucí helmy, sportovní chrániče nebo ochranné prvky automobilů by díky podobným strukturám mohly lépe absorbovat energii při nárazu a snižovat riziko zranění.
Klíčové je, že vše probíhá čistě mechanicky. Bez baterií, bez čipů a bez externího napájení.
