Camuflagem física faz defeitos estruturais desaparecerem

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/05/2025

Neste exemplo, os pesquisadores criaram microestruturas para proteger um defeito em forma de coelho, para demonstrar a versatilidade da técnica, que não funciona só para buracos esféricos.
[Imagem: Senhora et al - 10.1073/pnas.2415056122]

Camuflagem contra forças

Seja projetando uma janela para um avião ou a passagem de um conduíte em um motor ou veículo, os engenheiros dedicam seus melhores esforços para garantir a integridade estrutural da peça, e eles fazem isso reforçando o envoltório das aberturas. Mas reforços raramente são perfeitos, e frequentemente criam fragilidades estruturais em outras áreas.

Ao ver o progresso firme no campo das camuflagens e dos mantos de invisibilidade, Fernando Senhora e colegas da Universidade de Princeton e do Instituto de Tecnologia da Geórgia, ambos nos EUA, logo se perguntaram: E se construíssemos um manto da invisibilidade para o buraco que precisamos fazer?

Por mais maluco que possa parecer, deixar o buraco "invisível" funcionou, e a integridade estrutural da peça original foi integralmente mantida, como se o furo não tivesse sido feito.

"Imagine uma placa com um furo. Se você a submeter a um estresse, se você puxá-la, você terá uma concentração de estresse que fará com que a placa falhe mais cedo do que sem o furo," detalhou a professora Emily Sanders. "Queremos projetar algo em torno desse furo, ou defeito, para que pareça que o furo não existe."

É claro que não se trata de tornar a abertura invisível para os olhos: Foi necessário ocultar a abertura das forças circundantes - de todas elas. Em vez de reforçar a abertura para protegê-la contra algumas forças selecionadas, a nova abordagem reorganiza praticamente qualquer conjunto de forças que possam afetar o material circundante para que elas evitem a abertura, dispensando qualquer necessidade de reforço.

A técnica consiste em cercar as aberturas com microestruturas projetadas para proteger contra diversas cargas - forças externas que causam tensão, movimento ou deformação. O formato e a orientação das microestruturas são calibrados para lidar com as cargas mais desafiadoras enfrentadas pela estrutura, permitindo que os projetistas combatam múltiplas tensões simultaneamente.

A escala de cores indica a densidade das microestruturas na camada física. As áreas vermelhas são as mais densas, as amarelas estão no meio e as azuis são as menos densas.
[Imagem: Senhora et al - 10.1073/pnas.2415056122]

Invisibilidade estrutural

Os pesquisadores se inspiraram nos nós das árvores, onde as microestruturas presentes nos nós parecem direcionar a força ao redor do local de intrusões, como galhos ou raízes, e manter a resistência estrutural. O trabalho consistiu então em projetar estruturas que façam o mesmo em materiais manufaturados.

A técnica se baseia em dois problemas de otimização, idealizados para selecionar as melhores soluções dentre uma gama de opções. O primeiro problema revela as cargas que produzirão o maior desafio para a estrutura do objeto, o que é complicado porque as cargas sobre uma estrutura ou máquina podem mudar conforme as circunstâncias.

"Qualquer estrutura pode potencialmente ter um número infinito de cargas. Cada vez que você dirige seu carro, as cargas são diferentes, o vento pode soprar em direções diferentes ou a temperatura pode oscilar," exemplificou o professor Gláucio Paulino.

Os pesquisadores descobriram que calcular de 6 a 10 das piores cargas para uma estrutura produz os resultados mais eficazes. Com essas informações, eles executaram um segundo problema de otimização, este para encontrar a maneira mais eficaz de criar e implantar microestruturas ao redor de uma janela ou conduíte - ou mesmo de um defeito em forma de coelho.

A ideia é semelhante às técnicas de camuflagem desenvolvidas para ocultar objetos no espectro eletromagnético, usando os metamateriais e as metassuperfícies. As equações para um material sólido são mais complicadas do que as do eletromagnetismo, mas o objetivo é o mesmo. "Qualquer perturbação elástica é ocultada pela camuflagem," disse Paulino. "É como se ela não existisse."

Como a camuflagem é omnidirecional, ela terá inúmeras aplicações, das aberturas para colocação de janelas nos aviões e buracos para passar conduítes em veículos e prédios, até a restauração de obras de arte ou o implante de novos tecidos no corpo humano, diz a equipe.

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