خاصية غريبة اكتشفها العلماء في الأرز تحوله إلى مادة ذكية

يتحول الأرز بطريقة غير متوقعة تحت الضغط. فعند ضغطه بسرعة يضعف، بينما يبقى قوياً عند الضغط البطيء. تساعد هذه الخاصية العلماء على تطوير مادة جديدة يمكن استخدامها في الروبوتات "المرنة" التي تُعدّل صلابتها تلقائياً، بالإضافة إلى معدات الحماية التي تستجيب لسرعة الصدمة.

ووفقاً لما نشره موقع SciTechDaily نقلاً عن دورية Matter، باستخدام هذه الخاصية، ابتكر فريق دولي بقيادة "جامعة برمنغهام" نوعاً جديداً من "المواد الفائقة"، وهي بنية مصممة هندسياً لإظهار سلوكيات غير موجودة في المواد الطبيعية.

توصل الباحثون إلى أن حبوب الأرز المتراصة بإحكام تستجيب بشكل مختلف تماماً اعتماداً على سرعة تطبيق القوة. عند السرعات العالية، تضعف المادة من خلال عملية تُعرف باسم "تليين السرعة"، وهي عملية غير مألوفة في معظم المواد. يحدث هذا لأن الاحتكاك بين الحبوب ينخفض بشكل كبير مع زيادة السرعة، مما يُخلّ بشبكات القوى الداخلية التي تحمل الحمل عادةً.





وللاستفادة من هذه الظاهرة، قام فريق الباحثين بدمج جزيئات الأرز مع مواد أخرى كالرمل، التي تزداد قوتها تحت تأثير الأحمال السريعة. والنتيجة هي مادة حبيبية مركبة قادرة على الانحناء أو التقوس أو التصلب تبعاً لتطبيق القوى تدريجياً أو فجأة، دون الحاجة إلى إلكترونيات أو أجهزة استشعار أو تحكم آلي.

يقول دكتور مينغتشاو ليو، من "جامعة برمنغهام": "يمكن أن يكون الأرز معروفاً عالمياً كغذاء أساسي، لكن نادراً ما يرتبط بالهندسة المتقدمة. تُظهر نتائج الدراسة أنه يُمكن أن يُشكل أساساً لفئة جديدة من المواد الوظيفية."

ويضيف دكتور ليو أنه "بدلاً من التعامل مع هذه الظاهرة كظاهرة غريبة، تم تحويلها إلى مبدأ تصميم. ساعد هذا النهج في ابتكار مادة قادرة على الانحناء أو التقوس أو التصلب بشكل مختلف عند تعرضها لحركات بطيئة مقارنةً بالصدمات المفاجئة، دون الحاجة إلى إلكترونيات أو أجهزة استشعار أو تحكم آلي. وبدلاً من تحديد كيفية استجابة الهيكل، تم ترك قوانين الفيزياء تُقرر أن الأحمال السريعة تُحفز سلوكاً معيناً، والأحمال البطيئة تُحفز سلوكاً آخر."



تُبرز نتائج الدراسة كيف يُمكن هندسة المواد الحبيبية العادية لتُصبح أنظمةً تستجيب بذكاء من خلال خصائصها الميكانيكية المتأصلة.
يمكن أن تُفضي هذه المواد الفائقة الحساسة للسرعة إلى تطورات جديدة في مجال الروبوتات المرنة، مما يُتيح تصنيع آلات أخف وزناً وأكثر أماناً وقابليةً للتكيف من التصاميم المعدنية التقليدية. يُمكن لهذه الروبوتات العمل بكفاءة أكبر جنباً إلى جنب مع البشر، والعمل في بيئات قاسية، أو تنفيذ مهام دقيقة مثل المساعدة في العمليات الجراحية.

ولأن هذه المادة لا تتطلب إلكترونيات أو طاقة أو أجهزة استشعار، يُمكن استخدامها أيضاً في معدات الحماية التي تتفاعل فوراً مع سرعة الاصطدام. فهي قادرة على امتصاص الطاقة أو التشوه بطريقة مُتحكم بها تحت تأثير قوة مفاجئة، مما يُساعد على تقليل خطر الإصابة.