O arroz é conhecido como uma das culturas alimentares mais importantes do mundo, mas os cientistas demonstraram agora que também pode ajudar a inspirar uma nova geração de materiais inteligentes.
Os pesquisadores descobriram que os grãos de arroz embalados se comportam de maneira anormal sob estresse. Quando comprimidos lentamente, os grãos são relativamente fortes. Mas se forem espremidos rapidamente, eles ficam mais fracos. Este comportamento surpreendente permitiu aos cientistas desenvolver um novo material que poderá um dia ser utilizado em robôs macios que ajustam automaticamente a sua rigidez e equipamentos de proteção que reagem de forma diferente dependendo da força do impacto.
Uma equipe de pesquisa internacional liderada pela Universidade de Birmingham relatou suas descobertas na revista matéria.
Resposta anormal do arroz ao estresse
Os testes mostraram que os grãos de arroz bem embalados respondem de forma muito diferente, dependendo da rapidez com que a carga é aplicada. Em altas velocidades de carregamento, o material enfraquece significativamente.
Este fenômeno, conhecido como “amolecimento de taxa”, é incomum na maioria dos materiais. Os pesquisadores descobriram que isso acontece porque o atrito entre os grãos de arroz é drasticamente reduzido quando as forças são aplicadas rapidamente. Como resultado, as redes internas de forças que normalmente ajudam a suportar a carga ficam enfraquecidas.
A equipe usou essa propriedade incomum para desenvolver um novo metamaterial, uma estrutura composta projetada para exibir um comportamento não encontrado em materiais naturais.
Criando um metamaterial auto-adaptável
Para criar o novo material, os pesquisadores combinaram unidades granulares à base de arroz com materiais como areia, que se tornam mais resistentes quando submetidos a carregamento rápido. O resultado foi um metamaterial granular capaz de responder de maneira diferente a impactos lentos e repentinos.
Dependendo da situação, o material pode dobrar, entortar ou enrijecer de várias maneiras, sem componentes eletrônicos, sensores ou sistemas de controle ativos.
Dr. Mingchao Liu, da Universidade de Birmingham, disse: “O arroz pode ser mais conhecido como um alimento básico em todo o 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 poderia dobrar, deformar ou enrijecer de maneira diferente sob impactos lentos e repentinos – sem componentes eletrônicos, sensores ou controles ativos. Em vez de dizer a uma estrutura como responder, deixamos decidir o comportamento dinâmico.”
Os pesquisadores disseram que o trabalho destaca como materiais granulares simples podem ser transformados em sistemas projetados que respondem de forma inteligente por meio de suas próprias propriedades mecânicas.
Aplicações potenciais em robótica e equipamentos de segurança
Metamateriais sensíveis ao movimento podem abrir novas possibilidades na robótica suave. Ao contrário dos robôs metálicos tradicionais, os futuros sistemas construídos com estes materiais poderão ser mais leves, seguros e adaptáveis.
Esses robôs podem ser particularmente úteis para realizar tarefas delicadas, incluindo trabalhar ao lado de humanos, operar em ambientes desafiadores e auxiliar em cirurgias.
O material também pode ter aplicações em equipamentos de proteção. Como pode reagir de forma diferente dependendo da velocidade do impacto, pode absorver ou desviar a energia de forma controlada durante uma colisão, ajudando a reduzir o risco de lesões.
É importante ressaltar que essas reações ocorrem sem a necessidade de componentes eletrônicos, energia externa ou sensores, permitindo que o material se adapte automaticamente às mudanças nas condições.
