从谷物到齿轮：大米赋能自适应机器人与抗冲击设备

受米粒启发，科学家创造出能自动适应压力的超材料，有望应用于软体机器人和智能防护装备。

大米可能很快将不仅仅是一种主食。研究人员发现，紧密堆积的米粒在被压缩时，其强度会根据压缩速度的快慢而变化。这种特性正被用于设计新型超材料——一种工程复合材料，其性能表现是天然材料无法实现的。

当米粒被缓慢压缩时，它能保持强度；而当被快速压缩时，其强度则会减弱。这种现象被称为"速率软化"。

产生这种效应的原因是，在快速加载下，米粒间的摩擦力急剧下降，从而削弱了通常支撑材料的内部力网络。

科学家们从这种不寻常的行为中看到了机遇。通过将大米与在快速载荷下强度会增加的材料（如沙子）相结合，他们创造出了一种复合材料，这种材料会根据受力方式的不同而做出不同响应。

这种材料可以在没有电子设备、传感器或主动控制的情况下弯曲、屈曲或变硬。

英国伯明翰大学的刘明超博士表示："大米在全球通常被视为主食，很少会与先进工程学联系在一起。我们的研究表明，它可以构成一类新型功能材料的基础。"

颗粒物理学的应用

该团队并非通过电子设备来控制材料，而是让物理学原理发挥作用。

"我们不是指令结构如何响应，而是让物理学原理来决定：快速加载触发一种行为，慢速加载触发另一种行为，"刘博士说道。这种方法使工程师能够构建出能自动对应力和速度做出反应的系统。

这种对速度敏感的超材料在软体机器人领域具有直接的应用前景。用这些材料制成的机器人可能比传统的金属机器人更轻、更安全、适应性更强。

它们可以协助人类、在恶劣环境中导航，或执行如手术等精密任务。

该研究还指向了能适应冲击速度的可穿戴防护设备。头盔、护垫或其他装置可以在突然冲击下安全变形，或在快速撞击时吸收能量以防止受伤。

日常材料的新用途

这项研究更深层的意义在于，普通的颗粒物质可以通过其固有的力学特性转变为智能系统。

通过研究大米对不同加载速度的异常响应，工程师们现在有了设计蓝图，可以制造出无需额外硬件就能自主调节刚度和灵活性的材料。

这一发现可能催生新一代自适应的、由物理学原理驱动的机器和防护设备。利用像大米这样简单的材料，设计师就能创造出能自然感知和响应外力的结构，这种结构依赖的是其自身的力学行为，而非电子设备。

该研究发表在《Matter》期刊上。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！