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Mecânica

Estruturas dobráveis passam de 2D para 3D sem montagem

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/07/2021

Estruturas dobráveis passam de 2D para 3D sem necessidade de montagem
Esta mesa de café passa de plana a 3D em um único movimento.
[Imagem: Saurabh Mhatre/Harvard University]

Estruturas dobráveis

Objetos que fazem a transição de um estado compacto para um estado expandido - conhecidos como estruturas implantáveis, dobráveis ou automontáveis - são usados em todos os lugares, dos quintais e praias até as desoladas planícies de Marte.

Mas, como qualquer um que já se enrolou para abrir uma cadeira dobrável que teima em não cooperar sabe muito bem, transformar formas bidimensionais em estruturas tridimensionais às vezes traz mais problemas do que facilidades.

Foram esses problemas tão comuns que serviram de ponto de partida para Saurabh Mhatre e colegas da Universidade de Harvard, nos EUA.

Depois de inúmeras simulações em computador e muitos testes práticos, a equipe desenvolveu um sistema de montar e desmontar que é leve, compacto, barato, fácil de fabricar e, o mais importante, fácil de montar.

Tirando proveito das instabilidades mecânicas típicas de vigas e colunas curvas, o sistema pode transformar objetos 2D em configurações 3D elaboradas e personalizáveis em uma variedade de escalas, de móveis de grande escala a pequenos dispositivos médicos que se abrem no interior do corpo.

"A maioria das estruturas dobráveis, como cadeiras, são ativadas por forças compressivas criadas por meio do deslocamento linear dos elementos," explicou Mhatre. "Nossa abordagem é diferente, uma vez que a força de compressão é gerada por meio de um movimento rotacional, que por sua vez usa a curvatura como o gatilho para a transformação de 2D para 3D."

Estruturas dobráveis passam de 2D para 3D sem necessidade de montagem
O novo sistema de estruturas dobráveis aproveita as instabilidades mecânicas das vigas curvas, permitindo transformar objetos em configurações 3D elaboradas e personalizáveis.
[Imagem: Saurabh Mhatre et al. - 10.1002/adfm.202101144]

Sem montagem

Para demonstrar o sistema, a equipe construiu um abajur que pode ser girado para permitir a entrada de mais ou menos luz e uma mesa de centro que pode se dobrar e abrir em um único movimento.

"Esta nova plataforma pode ser estendida para permitir a construção de estruturas funcionais e dispositivos em escala milimétrica a métrica usando uma variedade de materiais diferentes," disse a pesquisadora Katia Bertoldi. "Essas estruturas podem ser usadas como dispositivos médicos, dispositivos ópticos, como mecanismos de foco de câmera, rodas e turbinas implantáveis, móveis ou abrigos de montar."

Bibliografia:

Artigo: Deployable Structures Based on Buckling of Curved Beams Upon a Rotational Input
Autores: Saurabh Mhatre, Elisa Boatti, David Melancon, Ahmad Zareei, Maxime Dupont, Martin Bechthold, Katia Bertoldi
Revista: Advanced Functional Materials
DOI: 10.1002/adfm.202101144
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