Представьте, как откусываете кусочек шоколада. Что делает его приятным? Это сладость? Или то, как он тает во рту? Это хруст? Звук, который он создает? Или все выше перечисленное?

Команда ученых в Университете Амстердама использует физику и геометрию, чтобы ответить на некоторые из этих вопросов и сделать шоколад идеальной формы. Шоколад в форме спирали, который они напечатали на 3D-принтере, не похож на то, что можно найти в супермаркете. Но, быть может, именно так выглядит еда будущего.

«К счастью, в команде не было никого, кто не любил бы шоколад», — смеется Корентин Куле, физик из Амстердамского университета, который руководил исследованием.

Обычно он работает с непищевыми «метаматериалами» — материалами со структурой и свойствами, не встречающимися в природе. В прошлом он занимался материалами, которые меняют форму и могут применяться в роботехнике, протезах и электронике. Благодаря партнерству с Unilever его команда обратила внимание на шоколад.

Сначала исследователи провели термическую обработку темного шоколада с 72%-ным содержанием какао, нагрев и охладив его так, чтобы придать ему стабильную структуру. Затем они напечатали из него несколько спиральных форм на 3D-принтере. Некоторые имели S-образную форму, другие были сложнее и напоминали лабиринты.

После команда провела несколько механических тестов, чтобы проверить, как формы будут ломаться при «надкусывании». Когда на шоколад нажимали сверху, он разлетался на множество кусочков (особенно те формы, что были закручены в более сложную спираль). Если форму надкусывали сбоку, она, как правило, ломалась лишь один раз.

Почему это важно? Следующий этап исследования, опубликованного в прошлом месяце в журнале Soft Matter, включал раздачу образцов группе испытателей. После им предстояло ответить, какую форму они предпочитают и почему.

«Чем сложнее была форма, тем больше в ней получалось трещин, и тем больше людям это нравилось», — говорит Куле.

Тот факт, что участники эксперимента предпочли более хрупкий шоколад, не был удивительным. Предыдущие исследования уже показали, что людям нравится ощущение хрустящей во рту пищи. Особенно приятным кажется звук ломающейся еды. Исследователь вкуса Алан Хирш описывает это как «музыку пережевывания».

Некоторые ученые считают, что это может быть связано с тем, что способность к хрусту является сигналом свежести — сравните, как свежие яблоки отличаются с увядшей капустой. Эта текстура помогала нашим предкам искать самые питательные продукты.

Шоколад, конечно, не так полезен для здоровья. Но это исследование является частью более широкой области «съедобных метаматериалов», которая в перспективе позволит создать продукты, которые будут более питательными, легкими в употреблении или менее вредными для окружающей среды.

Фабио Валоппи, исследователь из Хельсинкского университета, изучающий съедобные метаматериалы, считает, что впереди ждут «захватывающие времена в разработке "метапродуктов"». Это молодая, но многообещающая область.

В качестве примера он упоминает исследование меняющей форму пасты, которая во время приготовления превращается из плоской в трехмерную.

«Можно представить, что такая форма позволит уменьшить наш экологический след за счет сокращения выбросов и транспортных расходов, — отмечает он. — Плоскую пасту можно более эффективно укладывать в упаковку, а изменение во время приготовления позволит нам есть именно те формы, которые мы любим больше всего».

Управляя восприятием пищи при помощи геометрии, исследователи могут использовать здоровые продукты с низким углеродным следом (например, чечевицу или тофу) для создания интересных, приятных на вкус заменителей мяса, говорит Куле.

Те же методы позволят производить специальные продукты для людей, у которых есть проблемы с кусанием или жеванием из-за болезни или проблем с зубами. Возможность контролировать усилие, которое требуется, чтобы разбить кусок пищи, позволит приготовить вкусную твердую пищу, которую будет легко откусить.

«Люди, которым трудно жевать, все равно смогут получить интересный опыт приема пищи», — говорит Куле.

В более отдаленном будущем Куле представляет себе мир, в котором геометрия станет инструментом для индивидуального приготовления пищи. Представьте астронавтов на Международной космической станции, распечатывающих продукты, адаптированные к их потребностям и предпочтениям, или сухой паек из съедобных метаматериалов, которые будут содержать максимум калорий и занимать минимум пространства.

Еще более фантастична идея съедобных голограмм — продуктов, поверхность которых будет изменена таким образом, чтобы придать им блестящий голографический рисунок. Это изменит цвет пищи (представьте себе конфеты без искусственных красителей) и потенциально позволит маркировать пищевые продукты.

«Это может сократить потребность в печати этикеток, и пищевой продукт сам станет этикеткой», — говорит Валоппи.

Исследование геометрии разрушения также имеет непищевое применение. Выяснив, как контролировать место разрушения материала, можно разработать более совершенные защитные шлемы или другое снаряжение. Контролируемое разрушение может даже означать более безопасные самолеты или автомобили. Представьте себе автомобиль, спроектированный так, чтобы при аварии внешние части защищали все, что находится внутри.

Куле надеется продолжить свои исследования в области пищевых продуктов. Сейчас он работает над созданием консорциума с продовольственными компаниями, чтобы использовать геометрическое моделирование для разработки продуктов питания. Возможности практически безграничны.

«Поскольку метаматериалы все еще находятся в зачаточном состоянии, в этой области есть большой потенциал», — соглашается Валоппи.

«На Земле у нас ограниченное число материалов с ограниченными свойствами. Красота метаматериалов — как съедобных, так и несъедобных форм — заключается в том, что, просто добавив некоторые формы и архитектуру к тем же материалам, которые обладают ограниченными свойствами, мы можем придать им новые функциональные возможности», — добавляет он.

Источник