研究人员发现，密集堆积的米粒在压力下表现出反常行为。当缓慢压缩时，米粒保持相对较高的强度。但当快速挤压时，它们实际上会变弱。这种令人惊讶的行为使科学家能够创造出一种新材料，有朝一日可用于自动调节刚度的软体机器人，以及根据撞击力度做出不同反应的防护装备。
由伯明翰大学领导的国际研究团队在《Matter》期刊上报告了其发现。
米粒对压力的反常响应
实验表明，紧密堆积的米粒根据加载速率的不同，反应截然不同。在较高的加载速度下，材料强度显著减弱。
这种现象被称为“速率软化”，在大多数材料中并不常见。研究人员发现，其成因在于当快速施加外力时，单个米粒之间的摩擦力急剧下降。结果，通常有助于支撑负载的内部力链网络变得脆弱。
该团队利用这一反常特性开发了一种新型超材料，这是一种旨在表现出天然材料所不具备的行为的工程复合结构。
创造自适应超材料
为了构建这种新材料，研究人员将基于米粒的颗粒单元与沙子等在快速加载下会变强的材料相结合。最终制成了一种能够对缓慢移动和突然撞击做出不同反应的颗粒超材料。
根据具体情况，该材料能以不同方式弯曲、屈曲或变硬，且完全无需电子设备、传感器或主动控制系统。
伯明翰大学的刘明超博士表示：“大米作为全球主食而闻名，但很少与先进工程联系在一起。我们的研究表明，它可以成为一类新型功能材料的基础。
“我们并未将这种现象仅仅视为一种新奇现象，而是将其转化为设计原理。这种方法使我们能够创造出一种在缓慢移动和突然撞击下表现出不同弯曲、屈曲或硬化行为的材料——无需电子设备、传感器或主动控制。我们不是‘告诉’结构该如何反应，而是让物理学来决定：快速加载触发一种行为，慢速加载触发另一种行为。”
研究人员表示，这项工作突显了普通颗粒材料如何通过自身的机械特性转化为具有智能响应能力的工程系统。
在机器人和安全装备中的潜在应用
这种速度敏感型超材料可能会为软体机器人领域开辟新的可能性。与传统的金属机器人不同，利用这些材料制造的未来系统将更轻便、更安全且适应性更强。
此类机器人在人机协作、恶劣环境作业以及执行包括手术辅助在内的精细任务方面具有特殊价值。
该材料在防护装备领域也具有应用潜力。由于它能够根据撞击速度做出不同反应，因此可以在碰撞过程中吸收能量或以受控方式变形，从而有助于降低受伤风险。
重要的是，这些响应无需电子设备、外部电源或传感器即可实现，使得材料本身能够自动适应不断变化的环境条件。