Materiais Avançados

Materiais mecânicos programáveis feitos com origami

Materiais mecânicos programáveis feitos com origami
Embora realizada como origami, a técnica lembra a tesselação, uma geração de mosaicos que ocorre naturalmente em folhas de plantas e tecidos de animais. [Imagem: Jesse Silverberg/Cornell University]

Mecânica programável

Físicos descobriram como usar a técnica do origami para controlar as propriedades físicas de qualquer folha plana feita de virtualmente qualquer material que possa ser dobrado.

Jesse Silverberg e seus colegas exploraram novos usos para uma técnica conhecida como Miura-ori, que consiste em dobrar paralelogramos repetidamente a partir de uma folha plana, o que altera a rigidez e a dureza da folha.

O que eles descobriram é que é possível ajustar com precisão as propriedades da folha alterando o padrão de paralelogramos e, sobretudo, introduzindo "defeitos" cuidadosamente calculados.

O resultado é uma técnica que permite criar materiais cujas propriedades físicas podem ser programadas - um material artificial, que não existe na natureza, o que o coloca na classe dos metamateriais.

A grande vantagem é a versatilidade, com os defeitos comportando-se como uma espécie de "circuitos lógicos mecânicos", controlando como o metamaterial responderá a uma força externa.

É possível até mesmo inserir defeitos que anulem o efeito de defeitos anteriores no caminho da força aplicada, o que dá à matéria artificial o mesmo efeito que as chamadas "vacâncias" dão à estrutura atômica de um cristal de matéria natural.

"Nosso trabalho junta origami, metamateriais, matéria programável, cristalografia e mais. É totalmente único e bizarro ter tantos conceitos entrecruzando-se ao mesmo tempo," disse Silverberg.

Materiais mecânicos programáveis feitos com origami
A funcionalidade do metamaterial é determinada pela inserção precisa de defeitos na dobradura. [Imagem: Jesse L. Silverberg et al. - 10.1126/science.1252876]

Máquinas programáveis

Até agora, os metamateriais vinham sendo fabricados construindo padrões repetitivos de subunidades de diversos formatos, cada unidade funcionando como um "átomo artificial" dessa "matéria artificial".

Com o novo método, dispensa-se o uso das técnicas de gravação herdadas da fabricação de chips, e pode-se construir o metamaterial a partir de uma folha de um único material.

Outra grande vantagem é que, em lugar de propriedades fixas, os defeitos inseridos ao longo da série de dobraduras permitem alterar as propriedades físicas da superfície à vontade, gerando efeitos que são aditivos ou subtrativos.

Aonde isso vai dar?

Os pesquisadores falam em máquinas programáveis em escala atômica - aqui eles falam dos átomos artificiais - baseadas em padrões de dobraduras, que possam ser colocadas no lugar desejado para que executem funções mecânicas de forma ativa.

"Você pode imaginar uma folha dobrada de algum material de onde emergem defeitos para fazer um escudo duro, ou criar um objeto com uma espinha dorsal rígida," disse o professor Itai Cohen, coordenador da equipe.

"Você pode pensar nelas como acessórios que podem ser travados no lugar ou uma ferramenta útil cujas propriedades podem ser definidas depois de ela ter sido instalada. É de certa forma parecido com os transformers, onde os robôs dobram a si próprios para assumir uma forma humana," acrescentou ele.

Há poucos dias, outra equipe usou a técnica de origami para criar uma espécie de robô-transformer.

Bibliografia:

Using origami design principles to fold reprogrammable mechanical metamaterials
Jesse L. Silverberg, Arthur A. Evans, Lauren McLeod, Ryan C. Hayward, Thomas Hull, Christian D. Santangelo, Itai Cohen
Science
Vol.: 345 no. 6197 pp. 647-650
DOI: 10.1126/science.1252876




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