كشف فريق علمي دولي بقيادة University of Birmingham عن خاصية ميكانيكية غير مألوفة في حبوب الأرز، حيث يتصرف الأرز بطريقة معاكسة لمعظم المواد المعروفة عند تعرضه للضغط.

ففي حين أن معظم المواد تصبح أكثر صلابة عند الضغط السريع، أظهرت التجارب أن الأرز يضعف عند الضغط السريع، بينما يحتفظ بقوته عند الضغط البطيء.

كيف يتفاعل الأرز مع الضغط؟

أوضحت الدراسة المنشورة في Matter أن حبيبات الأرز عند تكديسها بإحكام تستجيب بشكل مختلف حسب سرعة القوة المطبقة عليها:

ضغط سريع: يؤدي إلى ضعف المادة

ضغط بطيء: يحافظ على قوة المادة

ويُعرف هذا السلوك باسم "التليّن المرتبط بالسرعة"، وهو ظاهرة نادرة في عالم المواد.

تفسير الظاهرة الفيزيائية

يرجع هذا السلوك إلى انخفاض الاحتكاك بين حبيبات الأرز عند زيادة سرعة الضغط، ما يؤدي إلى تفكك الشبكات الداخلية التي تنقل القوى داخل المادة.

وبالتالي، تفقد المادة قدرتها على تحمل الأحمال عند التعرض لقوى مفاجئة وسريعة.

تطوير مادة "ميتا" ذكية

استفاد العلماء من هذه الخاصية لتطوير نوع جديد من المواد يُعرف باسم "المواد الميتا" (Metamaterials)، وهي مواد مصممة هندسيا لإظهار خصائص غير موجودة في الطبيعة.

وقد قام الباحثون بدمج جزيئات الأرز مع مواد أخرى مثل الرمل، والتي تصبح أكثر صلابة تحت الضغط السريع، مما أدى إلى إنتاج مادة مركبة تتميز بقدرتها على:

الانحناء

الانبعاج

التصلب

وذلك حسب سرعة القوة المؤثرة عليها، دون الحاجة إلى إلكترونيات أو أجهزة استشعار.

تطبيقات مستقبلية واعدة

الروبوتات المرنة

يمكن استخدام هذه المواد في تطوير روبوتات مرنة أكثر أمانًا وخفة، قادرة على التكيف مع البيئة والعمل بجانب البشر بكفاءة أعلى.

معدات الحماية

تتيح هذه التقنية تصنيع معدات حماية ذكية تستجيب فورا لشدة وسرعة الصدمات، مما يساعد على تقليل الإصابات.

الأنظمة الهندسية المتقدمة

يمهد هذا الاكتشاف الطريق نحو تصميم أنظمة تعتمد على الخصائص الفيزيائية الذاتية بدلا من التحكم الإلكتروني.

أهمية الاكتشاف العلمي

يؤكد هذا البحث أن المواد البسيطة والمتوفرة في الحياة اليومية، مثل الأرز، يمكن أن تكون أساسًا لتطوير تقنيات متقدمة في مجالات الهندسة والفيزياء.

كما يسلط الضوء على إمكانية تحويل الظواهر الفيزيائية غير التقليدية إلى حلول عملية في الصناعات المستقبلية.