خاصية غريبة اكتشفها العلماء في الأرز تحوله إلى مادة ذكية

يتصرف الأرز بطريقة غير متوقعة عند التعرض للضغط؛ إذ يضعف عند الضغط السريع بينما يحتفظ بقوته عند الضغط البطيء. تُفتح هذه الظاهرة آفاقاً لتصميم مادة ذكية جديدة تُستخدم في روبوتات مرنة ومعدات حماية تستجيب لسرعات الصدمات دون الحاجة إلى إلكترونيات أو حساسات.

أجرى فريق دولي بقيادة جامعة برمنغهام دراسة نشرت في دورية علمية، ووجد الباحثون أن حبوب الأرز المتراصة بإحكام تُظهر استجابة ميكانيكية تختلف تماماً حسب سرعة تطبيق القوة. عند السرعات العالية يحدث ما يُسمى “تليين السرعة” نتيجة انخفاض الاحتكاك بين الحبوب، ما يضعف شبكات القوى الداخلية المسؤولة عن حمل الأحمال. أما عند التحميل البطيء فتظل الروابط الاحتكاكية والشبكات الداخلية قادرة على تحمّل الضغط، فتبدو المادة أكثر صلابة.

للاستفادة من هذه الخاصية، جمع الباحثون الأرز بجسيمات أخرى مثل الرمل التي تميل إلى أن تزداد صلابة تحت الأحمال السريعة. النتيجة كانت مادة حبيبية مركبة يمكنها الانحناء أو التقوس أو التصلب اعتماداً على ما إذا كان التحميل تدريجياً أم فجائياً، وكل ذلك دون الحاجة إلى عناصر تحكم إلكترونية. كما أوضح أحد الباحثين أن هذه الظاهرة لم تُعتبر مجرد نتيجة غريبة بل تم تحويلها إلى مبدأ تصميم يسمح لقوانين الفيزياء بتحديد سلوك المادة حسب طبيعة الحمل.

تُظهر النتائج كيف يمكن هندسة مواد حبيبية عادية لتتصرف كأنظمة ذكية بخصائص ميكانيكية مضمّنة. قد تؤدي مثل هذه المواد الحساسة لسرعة التحميل إلى تطورات في مجال الروبوتات المرنة، بإنتاج آلات أخف وزنًا وأكثر أمانًا وقابلة للتكيف، تعمل إلى جانب البشر أو في بيئات قاسية أو لتنفيذ مهام دقيقة مثل المساعدة الجراحية. وبما أن المادة لا تحتاج إلى طاقة أو حساسات، فهي مناسبة أيضاً لصنع معدات حماية تتفاعل فورياً مع سرعة الاصطدام بقدرة محسوبة على امتصاص الطاقة أو التشوه لتقليل مخاطر الإصابة.