大米基超材料推动自适应机器人与防护设备发展
2026-02-26 16:26
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大米正从餐桌走向工程领域,成为一种创新的超材料基础。研究人员发现,压实的大米颗粒会根据压缩速度动态改变其强度,这一特性被用于开发新型复合材料,实现天然材料难以企及的行为。

当大米被缓慢压缩时,它保持原有强度;而在快速压缩下,它会变弱,这种现象被称为速率软化。其机制源于快速载荷下颗粒间摩擦力下降,削弱了材料内部的力网络。科学家将大米与在快速载荷下增强的材料如沙子结合,创造出根据加载速度不同而响应各异的复合材料。

伯明翰大学的刘明超博士表示:“大米在全球范围内可能最广为人知的是作为主食,但它很少与先进工程相关联。我们的研究表明,它可以构成一类新型功能材料的基础。”这种大米基超材料无需电子设备或传感器,就能自动弯曲、屈曲或变硬。

在颗粒物理原理的驱动下,工程师构建了能自动对压力和速度做出反应的系统。刘明超博士解释说:“我们不是告诉结构如何响应,而是让物理决定:快速载荷触发一种行为,慢速载荷触发另一种。”这种方法使大米基超材料在软体机器人领域具有直接应用潜力,可制成更轻、更安全且适应性强的机器人,用于协助人类、恶劣环境导航或精细手术等任务。

同时,大米基超材料还可用于开发能适应冲击速度的可穿戴防护设备,如头盔和护垫,防护设备在突然冲击下安全变形或吸收能量以防止伤害。通过研究大米对加载速度的响应,工程师获得了设计自主调节刚度和柔韧性材料的蓝图,无需额外硬件。这一发现可能催生新一代自适应、物理驱动的机器和防护设备,利用像大米这样的简单材料,创造出自然感知和响应力的结构。

这项研究已发表在《Matter》杂志上,为大米基超材料在工程领域的应用开辟了新路径。

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