Material artificial consegue sentir, decidir e agir

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/11/2021

O material é formado por células com três elementos piezoelétricos. Quando montadas para formar uma haste, uma célula funciona como sensor e as outras duas como atuadores, movendo a haste em resposta aos sinais do ambiente.
[Imagem: Yangyang Chen et al. - 10.1038/s41467-021-26034-z]

Metamaterial reativo

De forma discreta e silenciosa, os metamateriais, ou materiais artificiais, vêm fazendo sua própria revolução tecnológica.

Pesquisadores criaram agora um metamaterial capaz de reagir ao seu ambiente, tomar uma decisão de forma independente e realizar uma ação de forma totalmente autônoma, sem qualquer intervenção humana.

Por exemplo, um drone fazendo uma entrega poderá se tornar capaz de avaliar seu ambiente - incluindo a direção do vento, presença de chuva ou até mesmo a interferência de pássaros e outros animais - e alterar automaticamente o curso para concluir a entrega com segurança.

Para isso, o material incorpora três funções só encontradas em seres vivos: sensoriamento, processamento das informações e atuação, ou movimento.

Algo parecido você só vai encontrar na natureza, por exemplo, na rápida reação das folhas da planta carnívora dioneia (Dionaea muscipula), que possui duas folhas em forma de concha que se fecham quando os insetos penetram em seu interior, nos camaleões e polvos mudando a cor da pele para se misturar ao ambiente, ou nas pinhas, ajustando suas formas em resposta às mudanças na umidade do ar.

"Basicamente, estamos controlando como esse material responde às mudanças nos estímulos externos encontrados em seu entorno," disse o professor Guoliang Huang, da Universidade de Missouri, nos EUA, cuja equipe vem trabalhando há alguns anos com materiais ativos e tipos especiais de "mantos de invisibilidade", na forma de camuflagens contra terremotos e vibrações de máquinas.

O estado de cada célula é rastreado no espaço de cisalhamento e curvatura. Quando um caminho quase estático fechado é traçado neste espaço, a célula unitária realiza trabalho por unidade de volume que é proporcional à área vezes o módulo P.
[Imagem: Yangyang Chen et al. - 10.1038/s41467-021-26034-z]

Elasticidade micropolar

Diferentemente da maioria dos metamateriais, que usam estruturas em escalas micro e nano, funcionando como antenas para manipular ondas, este novo material incorpora sensores e um processamento eletrônico em sua própria estrutura.

A eletrônica incorporada, muito simples, é usada para controlar ou manipular o processamento das informações necessárias para realizar as ações esperadas. Quando o algoritmo detecta os sinais que disparam seu comportamento, ele aplica energia elétrica em componentes pieozelétricos para produzir energia mecânica e executar a ação esperada.

Só que tudo isso funciona também ao contrário, dando origem a um comportamento não-recíproco - que funciona apenas num sentido do material -, que a equipe chama de uma "elasticidade micropolar", algo que não ocorre em meios de conservação de energia.

O próximo passo será incorporar o material em dispositivos práticos, para demonstrar sua funcionalidade.

"Por exemplo, podemos aplicar este material à tecnologia de camuflagem na indústria aeroespacial anexando o material a estruturas aeroespaciais. Isso pode ajudar a controlar e diminuir ruídos vindos da aeronave, como vibrações do motor, o que pode aumentar sua capacidade multifuncional," detalhou Huang.

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