Material programvel muda propriedades mecnicas sob demanda

Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 01/11/2022

Matria programvel

Uma mola precisa ser flexvel e compressvel num de seus planos, mas muito firme no outro. O mesmo acontece com um canudo de refrigerante e uma srie infindvel de mecanismos com as mais diversas aplicaes.

Agora, pesquisadores criaram um material que pode ter suas propriedades fsicas alteradas em uma variedade de direes no seu plano.

E as estruturas construdas com esse material tambm so programveis, de modo que as dimenses e as propriedades correspondentes podem mudar conforme necessrio.

Enquadrando-se na categoria dos metamateriais mecnicos, esses materiais programveis podem ser teis em inmeras aplicaes, incluindo equipamentos mdicos, arquitetura, robtica e dispositivos aeroespaciais.

“Ns temos um nmero quase infinito de ajustes, que proporcionam um rico espao de projeto,” disse Glucio Paulino, formado pela UnB e atualmente professor da Universidade de Princeton, nos EUA – o brasileiro j desenvolveu trabalhos importantes no campo da tensegridade, criando objetos muito compactos, mas que se expandem dramaticamente sob comando, alm de materiais com transio de propriedades e antenas morfolgicas, que mudam de tamanho para determinar que frequncia captam.

Origami e frustrao geomtrica

Para criar as estruturas, os pesquisadores comearam com clulas de quatro figuras em forma de pipa; cada um desses losangos est conectado a dois outros ao longo de dois lados, com uma extremidade traseira de cada losango livre.

Os lados de conexo tm dobradias de diversos tipos, o que d a cada clula trs estados estveis, podendo ser travadas em qualquer um deles. Assim, cada clula pode alternar em uma variedade de formas, de uma cesta larga a tiras finas.

Inspirada na tcnica do origami, a estrutura pode combinar as clulas para criar uma ampla variedade de superfcies. Basta ajustar as clulas para alterar as propriedades de toda a superfcie, o que permite variar, entre outras, a compressibilidade, a flexibilidade e a densidade.

“Geralmente, um nico padro de origami tem uma propriedade mecnica especfica,” compara Tomohiro Tachi, da Universidade de Tquio e membro da equipe. “Esta estrutura pode alternar entre mltiplos estados com propriedades distintas. um mdulo universal para programao e reprogramao de materiais com propriedades versteis.”

Usar os defeitos a seu favor

A tcnica tira proveito de um fenmeno que os fsicos chamam de frustrao – na geometria, a frustrao impede que um padro se propague por um amplo espao. Com as clulas ajustveis, torna-se possvel introduzir frustrao nas estruturas, o que resulta na alterao das propriedades da superfcie, seja em toda ela ou em pontos determinados.

“Uma frustrao uma espcie de defeito de engenharia, um defeito de projeto,” disse Paulino. “Se um defeito arbitrrio, geralmente ele ruim. Mas se pudermos projet-lo, podemos us-lo de uma maneira interessante.”

Tendo demonstrado o funcionamento da tcnica em linhas e planos de clulas, a equipe agora pretende aplic-la a estruturas 3D.

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