Một đặc tính cơ học bất ngờ của hạt gạo đang mở ra hướng đi mới trong lĩnh vực vật liệu kỹ thuật, khi các nhà khoa học biến nguyên liệu quen thuộc này thành nền tảng cho các “siêu vật liệu” có khả năng phản ứng linh hoạt trước lực tác động.
Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Matter, nhóm khoa học quốc tế do Đại học Birmingham (Vương quốc Anh) dẫn đầu phát hiện rằng gạo có cách phản ứng khác thường dưới áp lực. Khi bị nén nhanh, hạt gạo trở nên yếu hơn; ngược lại, dưới lực tác động chậm, chúng giữ được độ bền tốt hơn.
Hiện tượng này được gọi là “làm mềm theo tốc độ”, một đặc điểm hiếm gặp ở hầu hết các loại vật liệu. Điều này là do ma sát giữa các hạt giảm đáng kể khi tốc độ tác động tăng lên, làm suy yếu các mạng lưới lực bên trong vốn giúp vật liệu chịu tải.
Dựa trên hiệu ứng độc đáo này, nhóm nghiên cứu đã kết hợp các hạt có nguồn gốc từ gạo với những vật liệu như cát vốn có xu hướng cứng lại khi chịu lực tác động nhanh. Sự kết hợp này tạo ra một vật liệu hạt composite có khả năng thay đổi trạng thái linh hoạt khi có thể uốn cong, biến dạng hoặc trở nên cứng chắc tùy theo tốc độ của lực tác động.
Toàn bộ quá trình thích nghi này diễn ra một cách tự nhiên, không cần đến cảm biến, vi mạch hay bất kỳ hệ thống điều khiển chủ động nào.
Tiến sĩ Mingchao Liu (Đại học Birmingham) cho biết, gạo từ lâu được biết đến như một thực phẩm thiết yếu toàn cầu, nhưng hiếm khi được kết hợp trong các kỹ thuật tiên tiến. “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy nguyên liệu này có thể trở thành nền tảng cho một loại vật liệu chức năng hoàn toàn mới”, ông nói.
Theo ông Liu, thay vì cố gắng điều khiển vật liệu bằng công nghệ phức tạp, nhóm nghiên cứu đã tận dụng chính các quy luật vật lý tự nhiên: lực tác động nhanh sẽ kích hoạt một kiểu phản ứng, trong khi lực chậm tạo ra hành vi hoàn toàn khác.
Phát hiện này cho thấy các vật liệu hạt quen thuộc hoàn toàn có thể được “nâng cấp” thành những hệ thống thông minh nhờ khai thác đặc tính cơ học sẵn có.
Trong tương lai, các siêu vật liệu nhạy với tốc độ này có thể được ứng dụng trong lĩnh vực robot mềm, giúp tạo ra những cỗ máy nhẹ hơn, an toàn hơn và linh hoạt hơn so với robot kim loại truyền thống. Những robot này có thể làm việc hiệu quả bên cạnh con người, hoạt động trong môi trường khắc nghiệt hoặc hỗ trợ các nhiệm vụ đòi hỏi độ chính xác cao như phẫu thuật.
Bên cạnh đó, vật liệu cũng có tiềm năng ứng dụng đầy hứa hẹn trong lĩnh vực thiết kế thiết bị bảo hộ khi có thể phản ứng tức thì với va chạm. Nhờ khả năng hấp thụ năng lượng và biến dạng có kiểm soát dưới lực tác động mạnh, vật liệu này có thể góp phần giảm thiểu nguy cơ chấn thương.
Minh Nguyễn (theo Scitech Daily)