Bilim insanları pirincin ilginç bir özelliğini keşfetti ve bunu akıllı bir malzemeye dönüştürdü.
Pirinç, basınç altında beklenmedik bir şekilde davranır. Hızlı bir şekilde sıkıştırıldığında zayıflar, ancak yavaş uygulanan basınç altında güçlü kalır. Bu bulgu, bilim insanlarının sertliğini otomatik olarak ayarlayabilen “yumuşak” robotlarda ve darbenin hızına göre tepki veren koruyucu ekipmanlarda kullanılabilecek yeni bir malzeme geliştirmesine yardımcı oluyor.
Araştırmacılar bu özellikten yararlanarak, doğada bulunmayan davranışlar sergilemek üzere tasarlanmış yeni bir “metamalzeme” türü oluşturdu.
Matter dergisinde yayımlanan bir çalışmada, Birmingham Üniversitesi öncülüğündeki uluslararası bir ekip, sıkı şekilde paketlenmiş pirinç tanelerinin uygulanan kuvvetin hızına bağlı olarak çok farklı tepkiler verdiğini ortaya koydu.
Yüksek hızlarda malzeme, “hıza bağlı yumuşama” (rate softening) olarak bilinen bir süreçle zayıflıyor; bu durum çoğu malzeme için alışılmadık bir özelliktir. Bunun nedeni, hız arttıkça taneler arasındaki sürtünmenin önemli ölçüde azalması ve normalde yükü taşıyan iç kuvvet ağlarının bozulmasıdır.
Akıllı Granüler Malzeme Tasarımı
Bu etkiden yararlanmak için ekip, pirinç bazlı parçacıkları, hızlı yükleme altında güçlenen kum gibi malzemelerle birleştirdi. Ortaya çıkan kompozit granüler malzeme; kuvvetlerin yavaş mı yoksa ani mi uygulandığına bağlı olarak bükülebilen, burkulabilen veya sertleşebilen bir yapı sunuyor. Üstelik bunu elektronik, sensör veya aktif kontrol sistemlerine ihtiyaç duymadan gerçekleştiriyor.
Birmingham Üniversitesi’nden Dr. Mingchao Liu, “Pirinç dünya genelinde temel bir gıda olarak bilinir, ancak ileri mühendislikle nadiren ilişkilendirilir. Araştırmamız, onun yeni bir fonksiyonel malzeme sınıfının temelini oluşturabileceğini gösteriyor” dedi.
Liu şöyle devam etti: “Bu olguyu bir merak unsuru olarak görmek yerine bir tasarım ilkesine dönüştürdük. Bu yaklaşım, malzemenin yavaş hareketler ile ani darbeler altında farklı şekilde bükülmesini, burkulmasını veya sertleşmesini sağladı—üstelik elektronik, sensör veya aktif kontrol olmadan. Yapıya nasıl tepki vereceğini söylemek yerine, fiziğin karar vermesine izin verdik: hızlı yükler bir davranışı, yavaş yükler başka bir davranışı tetikliyor.”
Gündelik Malzemelerden İleri Sistemlere
Bu bulgular, sıradan granüler malzemelerin kendi mekanik özellikleri sayesinde “akıllı” şekilde tepki veren sistemlere dönüştürülebileceğini gösteriyor.
Hıza duyarlı bu metamalzemeler, geleneksel metal tasarımlara kıyasla daha hafif, daha güvenli ve daha uyumlu makinelerin geliştirilmesine katkı sağlayarak yumuşak robotik alanında yeni ilerlemelerin önünü açabilir. Bu tür robotlar insanlarla daha etkili çalışabilir, zorlu ortamlarda görev alabilir veya cerrahi yardım gibi hassas işlemleri gerçekleştirebilir.
Ayrıca bu malzeme elektronik, güç kaynağı veya sensör gerektirmediğinden, darbe hızına anında tepki veren koruyucu ekipmanlarda da kullanılabilir. Ani kuvvet altında enerjiyi emebilir veya kontrollü şekilde şekil değiştirerek yaralanma riskini azaltmaya yardımcı olabilir.