O arroz é mais conhecido como um dos alimentos mais importantes do mundo, mas os cientistas agora demonstraram que ele também pode inspirar uma nova geração de materiais inteligentes.
Pesquisadores descobriram que grãos de arroz compactados se comportam de maneira incomum sob pressão. Quando comprimidos lentamente, os grãos permanecem relativamente fortes. Mas quando são apertados rapidamente, eles se tornam mais fracos. Esse comportamento surpreendente permitiu que os cientistas criassem um novo material que pode um dia ser utilizado em robôs macios que ajustam automaticamente sua rigidez e em equipamentos de proteção que reagem de maneira diferente dependendo da força de um impacto.
A equipe de pesquisa internacional, liderada pela Universidade de Birmingham, relatou suas descobertas na revista Matter.
A Resposta Incomum do Arroz à Pressão
Experimentos mostraram que grãos de arroz bem compactados reagem de forma muito diferente dependendo da velocidade com que a carga é aplicada. Em altas velocidades de carga, o material se enfraquece significativamente.
Esse fenômeno, conhecido como “softening de taxa”, é incomum na maioria dos materiais. Os pesquisadores descobriram que isso acontece porque o atrito entre os grãos de arroz individuais cai abruptamente quando forças são aplicadas rapidamente. Como resultado, as redes internas de forças que normalmente ajudam a suportar a carga se tornam mais fracas.
A equipe usou essa propriedade incomum para desenvolver um novo metamaterial, uma estrutura composta projetada para exibir comportamentos não encontrados em materiais que ocorrem naturalmente.
Criando um Metamaterial Autoajustável
Para construir o novo material, os pesquisadores combinaram unidades granulares à base de arroz com materiais como areia, que se tornam mais fortes quando submetidos a carregamentos rápidos. O resultado foi um metamaterial granular capaz de responder de maneira diferente a movimentos lentos e impactos súbitos.
Dependendo da situação, o material pode se dobrar, empenar ou rigidificar de diferentes maneiras, tudo isso sem eletrônicos, sensores ou sistemas de controle ativo.
O Dr. Mingchao Liu, da Universidade de Birmingham, afirmou: “O arroz pode ser mais conhecido como um alimento básico globalmente, mas raramente é associado à engenharia avançada. Nossa pesquisa mostra que ele pode formar a base de uma nova classe de materiais funcionais.”
“Em vez de tratar esse fenômeno como uma curiosidade, nós o transformamos em um princípio de design. Essa abordagem nos permitiu criar um material que pode se dobrar, empenar ou se rigidificar de diferentes maneiras sob movimentos lentos versus impactos súbitos — sem eletrônicos, sensores ou controle ativo. Em vez de dizer a uma estrutura como responder, deixamos a física decidir: cargas rápidas acionam um comportamento, cargas lentas outro.”
Os pesquisadores afirmam que o trabalho destaca como materiais granulares comuns podem ser transformados em sistemas engenheirados que respondem de maneira inteligente através de suas próprias propriedades mecânicas.
Aplicações Potenciais em Robótica e Equipamentos de Segurança
O metamaterial sensível à velocidade pode abrir novas possibilidades na robótica macia. Diferente de robôs metálicos tradicionais, futuros sistemas construídos com esses materiais podem ser mais leves, seguros e adaptáveis.
Esses robôs poderiam ser especialmente úteis para trabalhar ao lado de pessoas, operar em ambientes desafiadores e realizar tarefas delicadas, incluindo assistência em cirurgias.
O material também pode ter aplicações em equipamentos de proteção. Como ele pode responder de maneira diferente dependendo da velocidade de um impacto, pode absorver energia ou se deformar de forma controlada durante uma colisão, ajudando a reduzir o risco de lesões.
Importante destacar que essas respostas ocorrem sem a necessidade de eletrônicos, energia externa ou sensores, permitindo que o material se adapte automaticamente a condições em mudança.
