أعلن فريق دولي من الباحثين متعددي الجنسيات عن اكتشاف خاصية ميكانيكية نادرة ومدهشة تكمن في حبوب الأرز العادية، وهي الخاصية التي يمكن استغلالها بنجاح لإنتاج مواد ذكية ومتطورة هندسياً.
وأوضح الباحثون في ورقتهم البحثية العلمية أن الأرز يتصرف بطريقة فيزيائية غير متوقعة تماماً تحت الضغط الميكانيكي، وهذا يفتح آفاقاً بحثية وتطبيقية جديدة في مجالات الهندسة المتقدمة والأنظمة الروبوتية اللينة.
وأفادت دراسات المعملية نُشرت في مجلة علمية مُحكَّمة بأن الأرز يصبح أضعف هيكلياً عندما يُضغط عليه بسرعة عالية، ولكنه يظل قوياً ومتماسكاً عندما يتعرض لضغط ميكانيكي بطيء. وتُعرف هذه الظاهرة الفيزيائية المعقدة باسم التليين المعتمد على المعدل، وهي تُعد خاصية غير عادية ونادرة جداً في معظم المواد الحبيبية الطبيعية.
وبحسب البحث المتعمق الذي قادته جامعة «برمنغهام» البريطانية، يحدث هذا الانخفاض المفاجئ في القوة بسبب تراجع الاحتكاك بين حبات الأرز بشكل كبير جداً مع زيادة سرعة الضغط المسلط عليها.
ويؤدي هذا التراجع السريع إلى تعطيل شبكات القوة الداخلية الدقيقة التي تحمل العبء الهيكلي عادةً في مثل هذه الظروف الديناميكية القاسية.
واستغل الباحثون المبتكرون هذه الخاصية الفيزيائية الفريدة لابتكار نوع جديد من المواد الهندسية المركبة التي تُظهر سلوكيات ميكانيكية غير موجودة عادةً في الطبيعة.
ودمج الفريق المتخصص جزيئات قائمة على الأرز مع مواد حبيبية أخرى مثل الرمل، والتي تصبح أقوى تحت التحميل السريع، لإنشاء مادة حبيبية هجينة ومركبة قادرة على التكيف التلقائي.
وتتميز المادة الهندسية الجديدة والمبتكرة بقدرتها الفائقة على الانحناء المرن أو التصلب الشديد بناءً على كيفية تطبيق القوى الخارجية، سواء كانت تدريجية أو مفاجئة وعنيفة.
وتعمل هذه الآلية الفيزيائية المذهلة بشكل طبيعي تماماً ومستقل، من دون الحاجة مطلقاً إلى الاعتماد على المكونات الإلكترونية المعقدة أو المستشعرات الرقمية أو أنظمة التحكم النشطة والمكلفة.
وتشمل التطبيقات الصناعية والعملية المحتملة لهذه المواد الهندسية المبتكرة ما يلي:
• يُمكِن استخدامها بكفاءة في تطوير روبوتات لينة ومرنة قادرة على ضبط مستوى صلابتها تلقائياً حسب البيئة.
• سَتُسهم المادة الهجينة في تصميم معدات حماية شخصية تتفاعل فوراً وبشكل وقائي مع سرعة الاصطدام المفاجئ.
• سَتساعد خصائصها على تعزيز مستويات سلامة الآلات الصناعية التي تعمل جنباً إلى جنب مع العمال البشر.
وخلص الباحثون الهندسيون إلى أن دراسة السلوك الميكانيكي للمواد الحبيبية العادية والمتوافرة يمكن أن تؤدي حتماً إلى أنظمة تتفاعل بذكاء من خلال خصائصها المتأصلة.