大米作为主食,怎么能和先进工程学扯上关系呢?英国伯明翰大学的刘明超博士可不这么认为。他把米粒紧密排列在一起,发现了一个有趣的现象:当压缩速度变慢,米粒的强度反而更强;但要是快速压缩,强度就会大打折扣。这种被叫做"速率软化"的特性,是因为米粒间的摩擦力在快速加载时急剧下降,导致内部的力网络变弱了。 科学家们正是利用了这种特性,把大米和沙子混合在一起。这种复合材料会根据受力的快慢来调整自己的表现。当它被缓慢压缩时会变硬,遇到快速冲击又会变软弯曲,根本不需要电子设备或传感器来控制。刘博士说,这就好比把物理学原理当指令,快速加载触发一种行为,慢速加载又触发另一种行为。 这个方法让工程师们能设计出能自动适应速度和压力的系统。比如做成软体机器人,比金属的更轻更安全;也能给护具用,让头盔或护垫在受到撞击时安全变形。用这种简单的材料设计出的结构,全靠自身的力学行为来感知和响应外力。《Matter》期刊上刊登的这项研究表明,日常的颗粒物质也能变成智能系统。只要改变加载速度,材料就能自主调节刚度和灵活性。这种不依赖电子设备的做法真是太巧妙了!