Erstaunliche Entdeckung im Reis verwandelt ihn in ein intelligentes Material, das die Regeln der Ingenieurwissenschaften verändert

Neue wissenschaftliche Entdeckung enthüllt unerwartetes Verhalten von Reis

Ein internationales Team unter der Leitung der Universität Birmingham hat eine einzigartige Eigenschaft in Reiskörnern entdeckt, bei der sich ihr mechanisches Verhalten unerwartet unter Druck verändert.

Bei langsamer Kraftanwendung bleibt der Reis stabil und stark, während schneller Druck ihn schwächt, anstatt seine Festigkeit zu erhöhen.

Phänomen der "Geschwindigkeitsweichheit" erklärt die Schwäche des Reises unter schnellem Druck

Die Forscher erklärten, dass dieses Phänomen als "Geschwindigkeitsweichheit" bekannt ist, ein ungewöhnliches Verhalten in den meisten Materialien.

Dies geschieht aufgrund der verringerten Reibung zwischen den Reiskörnern bei hohen Geschwindigkeiten, was zu einem Zerfall der inneren Kraftnetzwerke führt, die dem Material seine Festigkeit verleihen.

Entwicklung von Supermaterialien unter Verwendung von Reis und dessen Kombination mit Sand

Die Wissenschaftler nutzten diese Eigenschaft, um eine neue Art von "Supermaterialien" zu entwickeln, die ingenieurtechnisch gestaltet sind, um Eigenschaften zu zeigen, die in der Natur nicht vorhanden sind.

Dies wurde erreicht, indem Reiskörner mit anderen Materialien wie Sand kombiniert wurden, der bei schnellem Druck an Festigkeit gewinnt.

Intelligente Materialien, die sich ohne Elektronik oder Sensoren an Kraft anpassen

Diese Kombination führte zu einem kompositen Granulatmaterial, das in der Lage ist, sein Verhalten automatisch zu ändern, indem es sich je nach Art der Kraftanwendung, sei es allmählich oder plötzlich, biegen, krümmen oder verhärten kann, ohne dass Elektronik oder Steuerungssysteme erforderlich sind.

Aussagen der Forscher zur Umwandlung eines seltsamen Phänomens in ein Designprinzip

Dr. Mingchao Liu von der Universität Birmingham sagte, dass Reis als weltweit Grundnahrungsmittel bekannt ist, aber selten mit fortschrittlicher Ingenieurwissenschaft in Verbindung gebracht wird. Er betonte, dass diese Studie das Potenzial zeigt, ihn als Grundlage zur Entwicklung neuer funktionaler Materialien zu nutzen.

Er fügte hinzu, dass das Team das Phänomen nicht als seltsamen Fall betrachtete, sondern es in ein Designprinzip umwandelte, wobei die Gesetze der Physik die Reaktion des Materials bestimmen: Schnelle Lasten erzeugen ein anderes Verhalten als langsame Lasten, ohne technische Eingriffe.

Zukünftige Anwendungen in flexiblen Robotern und rauen Umgebungen

Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass diese Materialien zur Entwicklung leichterer und sichererer flexibler Roboter verwendet werden können, die im Vergleich zu herkömmlichen Designs effizient arbeiten können.

Sie können auch effizient neben Menschen in rauen Umgebungen oder bei präzisen Aufgaben wie der Unterstützung bei chirurgischen Eingriffen arbeiten.

Vielversprechende Anwendungen in intelligenter Schutzausrüstung

Diese Technologie eröffnet Möglichkeiten zur Entwicklung fortschrittlicher Schutzausrüstung, die sofort auf die Geschwindigkeit von Stößen reagiert, indem sie Energie absorbiert oder kontrolliert verformt, was dazu beiträgt, das Risiko von Verletzungen zu verringern.

Wie granulare Materialien intelligente Systeme neu definieren

Diese Studie zeigt, wie einfache Materialien wie Reis in intelligente Systeme umgewandelt werden können, die mechanisch reagieren, ohne dass Energie oder Sensoren erforderlich sind, was einen wichtigen Schritt in Richtung der Gestaltung selbstadaptierender Materialien in der Zukunft darstellt.