稻米最為人熟知的身份是世界上最重要的糧食作物之一，但科學家們現在證明，它也能啟發新一代的智慧材料。
研究人員發現，緊密堆疊的稻米顆粒在壓力下會表現出不同尋常的行為。緩慢壓縮時，顆粒保持相對堅固。但快速擠壓時，它們實際上會變得更弱。這種令人驚訝的行為讓科學家們得以創造出一種新材料，未來可能用於能夠自動調整硬度的軟體機器人，以及根據衝擊力大小做出不同反應的防護裝備。
由伯明罕大學領導的國際研究團隊，在《Matter》期刊上發表了他們的研究成果。
實驗顯示，緊密堆疊的稻米顆粒對載荷施加速度的反應截然不同。在較高的加載速度下，材料會顯著變弱。
這種被稱為「速率軟化」的現象，在大多數材料中並不常見。研究人員發現，這是因為當快速施加力時，單個稻米顆粒之間的摩擦力會急劇下降。結果，正常情況下有助於支撐載荷的內部力網絡變得更弱。
該團隊利用這種不尋常的特性開發了一種新型超材料，這是一種工程複合結構，旨在展現天然材料中不存在的行為。
創造一種自適應超材料
為了構建這種新材料，研究人員將基於稻米的顆粒單元與沙子等材料結合，這些材料在承受快速加載時會變得更強。結果是一種顆粒超材料，能夠對緩慢運動和突然衝擊做出不同的反應。
根據情況的不同，該材料可以以不同的方式彎曲、屈曲或變硬，所有這些都不需要電子設備、感測器或主動控制系統。
伯明罕大學的劉明超博士說：「稻米可能在全球範圍內被視為一種主食，但它很少與先進工程學聯繫在一起。我們的研究表明，它可以構成一類新型功能材料的基礎。」
「我們沒有將這種現象視為一種好奇心，而是將其轉化為一種設計原則。這種方法使我們能夠創造出一種材料，它可以在緩慢運動與突然衝擊下以不同的方式彎曲、屈曲或變硬——無需電子設備、感測器或主動控制。與其告訴結構如何反應，不如讓物理學來決定：快速載荷觸發一種行為，緩慢載荷觸發另一種行為。」
研究人員表示，這項工作突顯了常見的顆粒材料如何通過其自身的機械特性轉化為能夠智能響應的工程系統。
在機器人技術和安全裝備中的潛在應用
這種對速度敏感的超材料可能為軟體機器人領域開闢新的可能性。與傳統的金屬機器人不同，未來使用這些材料構建的系統將更輕便、更安全、更具適應性。
這類機器人對於與人類協同工作、在挑戰性環境中運行以及執行精細任務（包括輔助手術）尤其有用。
該材料也可能在防護裝備中有應用。由於它能根據衝擊速度做出不同的反應，因此在碰撞過程中可以以受控的方式吸收能量或變形，有助於降低受傷風險。
重要的是，這些反應無需電子設備、外部電源或感測器即可發生，從而使材料本身能夠自動適應不斷變化的條件。
