O arroz é mais conhecido como uma das culturas alimentares mais importantes do mundo, mas agora os cientistas demonstraram 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 incomum sob pressão. Com compressão lenta, os grãos permanecem relativamente fortes. Mas com a compressão rápida, eles ficam mais fracos. Este comportamento surpreendente permitiu aos cientistas criar um novo material que poderá um dia ser usado 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 em uma revista Matéria.
A reação incomum de Rice à pressão
Experimentos mostraram que grãos de arroz bem embalados respondem de maneira muito diferente dependendo da rapidez com que a carga é aplicada. Em velocidades de carregamento mais altas, o material enfraquece significativamente.
Este fenômeno, conhecido como “amolecimento de velocidade”, é raro na maioria dos materiais. Os pesquisadores descobriram que isso ocorre porque o atrito entre os grãos individuais de arroz cai drasticamente quando as forças são aplicadas rapidamente. Como resultado, as redes de forças internas que normalmente ajudam a suportar a carga tornam-se mais fracas.
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 blocos granulares à base de arroz com materiais como areia, que se tornam mais resistentes sob carregamento rápido. O resultado foi um metamaterial granular capaz de reagir de maneira diferente a movimentos lentos e impactos repentinos.
Dependendo da situação, o material pode dobrar, flexionar ou endurecer de diferentes maneiras, tudo sem componentes eletrônicos, sensores ou sistemas de controle ativos.
O Dr. Mingchao Liu, da Universidade de Birmingham, disse: “O arroz é talvez mais conhecido em todo o mundo como um alimento básico, mas raramente é associado a tecnologia avançada. A nossa investigação mostra que pode tornar-se a base de uma nova classe de materiais funcionais.
“Em vez de tratar este fenómeno como uma curiosidade, transformámo-lo num princípio de design. Esta abordagem permitiu-nos criar um material que pode dobrar, flexionar ou enrijecer de diferentes maneiras com movimentos lentos e impactos repentinos – sem eletrónica, sensores ou controlo ativo. Em vez de dizer à estrutura como responder, deixamos a física decidir: cargas rápidas causam um comportamento, cargas lentas – outro”.
Os pesquisadores dizem que o trabalho destaca como materiais granulares comuns podem ser transformados em sistemas projetados que respondem de forma inteligente às suas próprias propriedades mecânicas.
Aplicações potenciais em robótica e equipamentos de proteção
Um metamaterial sensível à velocidade poderia abrir novas possibilidades na 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 podem ser particularmente úteis para trabalhar ao lado de humanos, trabalhar 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 reações ocorrem sem a necessidade de componentes eletrônicos, energia externa ou sensores, permitindo que o próprio material se adapte automaticamente às mudanças nas condições.
