Beras dikenal sebagai salah satu tanaman pangan terpenting di dunia, namun para ilmuwan kini telah menunjukkan bahwa beras juga dapat membantu menginspirasi generasi baru bahan-bahan cerdas.
Para peneliti telah menemukan bahwa butiran beras dalam kemasan berperilaku tidak biasa di bawah tekanan. Ketika dikompres secara perlahan, butirannya tetap relatif kuat. Namun bila ditekan dengan cepat, mereka melemah. Perilaku mengejutkan ini memungkinkan para ilmuwan untuk menciptakan material baru yang suatu hari nanti dapat digunakan pada robot lunak yang secara otomatis menyesuaikan kekakuannya dan pada peralatan pelindung yang merespons secara berbeda tergantung pada kekuatan benturan.
Tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Universitas Birmingham mempublikasikan temuan mereka di jurnal tersebut Urusan.
Respons Rice yang tidak biasa terhadap tekanan
Percobaan telah menunjukkan bahwa butiran beras yang dikemas rapat bereaksi sangat berbeda tergantung pada seberapa cepat suatu beban diterapkan. Pada kecepatan pemuatan yang lebih tinggi, material akan melemah secara signifikan.
Fenomena ini, yang dikenal sebagai “pelunakan laju”, jarang terjadi pada sebagian besar material. Para peneliti menemukan bahwa hal ini terjadi karena gesekan antara butiran beras berkurang tajam ketika gaya diterapkan dengan cepat. Akibatnya, jaringan kekuatan internal yang biasanya membantu menopang beban melemah.
Tim menggunakan properti yang tidak biasa ini untuk mengembangkan metamaterial baru, sebuah struktur komposit yang dirancang untuk menunjukkan perilaku yang tidak ditemukan pada material alami.
Penciptaan metamaterial adaptif diri
Untuk membuat material baru ini, para peneliti menggabungkan unit granular berbahan dasar beras dengan material seperti pasir, yang menjadi lebih kuat saat terkena pembebanan cepat. Hasilnya adalah metamaterial granular yang mampu bereaksi berbeda terhadap gerakan lambat dan benturan tiba-tiba.
Tergantung pada situasinya, material dapat menekuk, melengkung, atau menjadi kaku dengan berbagai cara, semuanya tanpa perangkat elektronik, sensor, atau sistem kontrol aktif.
Dr Mingchao Liu, dari Universitas Birmingham, mengatakan: “Beras mungkin paling dikenal sebagai makanan pokok dunia, namun jarang dikaitkan dengan teknik canggih. Penelitian kami menunjukkan bahwa beras dapat menjadi dasar bahan fungsional kelas baru.
“Daripada menganggap fenomena ini sebagai sebuah keingintahuan, kami mengubahnya menjadi prinsip desain. Pendekatan ini memungkinkan kami membuat material yang dapat menekuk, berubah bentuk, atau menjadi kaku secara berbeda saat terjadi gerakan lambat versus benturan yang tiba-tiba – tanpa elektronik, sensor, atau kontrol aktif. Daripada memberi tahu struktur bagaimana merespons, kami membiarkan fisika memutuskan: beban cepat memicu suatu perilaku, beban lambat memicu perilaku lainnya.”
Para peneliti mengatakan penelitian ini menyoroti bagaimana material granular biasa dapat diubah menjadi sistem rekayasa yang merespons secara cerdas menggunakan sifat mekaniknya sendiri.
Potensi aplikasi dalam robotika dan peralatan keselamatan
Metamaterial yang peka terhadap kecepatan dapat membuka kemungkinan baru dalam robotika lunak. Tidak seperti robot logam tradisional, sistem masa depan yang dibangun dengan bahan-bahan ini bisa lebih ringan, lebih aman, dan lebih mudah beradaptasi.
Robot semacam itu bisa sangat berguna untuk bekerja bersama manusia, beroperasi di lingkungan yang keras, dan melakukan tugas-tugas rumit termasuk bantuan bedah.
Bahan tersebut mungkin juga mempunyai aplikasi dalam peralatan pelindung. Karena dapat bereaksi berbeda-beda tergantung pada kecepatan tumbukan, bahan ini dapat menyerap energi atau berubah bentuk secara terkendali saat terjadi tabrakan, sehingga membantu mengurangi risiko cedera.
Yang penting, respons ini terjadi tanpa memerlukan perangkat elektronik, daya eksternal, atau sensor, sehingga memungkinkan material itu sendiri beradaptasi secara otomatis terhadap perubahan kondisi.
