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Materiais Avançados

Material muda de personalidade se você apertar rápido ou lento

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/06/2020


Metamaterial mecânico

Pesquisadores finlandeses expandiram ainda mais o conceito de metamateriais mecânicos, materiais artificiais que se comportam não apenas de maneira que nenhum material natural consegue, mas também de modo programável.

O material, depois de pronto e sem nenhuma necessidade de manipulação adicional, altera dinamicamente seu comportamento mecânico de acordo com a força que lhe é aplicada e com a velocidade com que essa força é aplicada.

Por exemplo, uma estrutura feita com o metamaterial mecânico torce-se no sentido horário se a força lhe é aplicada lentamente, mas torce no sentido anti-horário se a força for aplicada rapidamente.

Esse mecanismo intrínseco tem grande potencial de aplicação, por exemplo, em estruturas robóticas, em exoesqueletos ou em apoios para evitar a queda de idosos e pacientes em recuperação.

Comportamento depende da velocidade

Shahram Janbaz e seus colegas da Universidade de Tecnologia de Delft fabricaram dois pilares usando dois materiais diferentes: Um lado é feito de um material que responde à velocidade da deformação, enquanto o material do outro lado não se importa com a rapidez com que é deformado.

Quando uma força de compressão é aplicada na direção do eixo desse pilar duplo, a elasticidade de ambos os materiais garante que ele não se quebre, mas se deforme. E ele se deforma para a direita ou para a esquerda dependendo da velocidade com que a força é aplicada.

"Tudo o que você precisa fazer é encontrar uma maneira inteligente de montar essas vigas duplas e é muito provável que você vá obter um comportamento mecânico que nunca havia sido relatado antes," disse o professor Amir Zadpoor.

"Por exemplo, nós conectamos duas vigas paralelas espelhadas por meio de conectores rígidos para formar uma célula unitária básica que pode ser repetida em todas as direções para criar uma estrutura treliçada de metamaterial tridimensional. Nós descobrimos que, ao aumentar a taxa de deformação, o comportamento mecânico de uma célula desse tipo mudou completamente de auxético para convencional," exemplificou Janbaz.

Materiais auxéticos, que só recentemente saíram da teoria para a prática, comportam-se de forma totalmente oposta a tudo o que se vê no mundo natural, por exemplo, encolhendo-se quando prensados e se tornando mais grossos quando esticados - dar memória física aos objetos é uma das suas aplicações.

Para seu novo metamaterial, a equipe já está pensando em aplicações na área de saúde e prevenção.

"Imagine um revestimento de vestir. Sob circunstâncias normais, ele é macio e segue os movimentos do corpo. Quando ocorre um impacto, o material muda seu comportamento, atuando como um amortecedor. Isso pode ajudar as pessoas que sofrem de osteoporose, onde as fraturas ósseas constituem uma grande complicação," exemplificou Zadpoor.

Material reage de acordo com a velocidade da força aplicada
O truque está em construir estruturas usando materiais com comportamentos diferentes.
[Imagem: Shahram Janbaz et al. - 10.1126/sciadv.aba0616]

Metamateriais

Os metamateriais são materiais criados artificialmente que derivam suas propriedades de sua estrutura, interna ou externa, e não da composição química do material de que são construídas.

Assim, esses metamateriais podem ser projetados para apresentar propriedades excepcionais, não encontradas em materiais naturais simples. Eles se tornaram famosos pela capacidade de lidar com ondas de todos os tipos, criando, por exemplo, os mantos de invisibilidade.

Nos últimos anos, o conceito vem sendo expandido para os materiais artificiais mecânicos, que apresentam propriedades incomuns, como a capacidade de mudar de forma e a programabilidade.

Bibliografia:

Artigo: Strain rate-dependent mechanical metamaterials
Autores: Shahram Janbaz, K. Narooei, T. van Manen, Amir A. Zadpoor
Revista: Science Advances
Vol.: 6, no. 25, eaba0616
DOI: 10.1126/sciadv.aba0616





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