Partículas emaranhadas criam materiais multifuncionais fortes e desmontáveis

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/06/2026

Arco autoportante feito de grampos, sem adesivos e sem soldas.
[Imagem: CU Boulder]

Maçaroca útil

Não tente isso em casa: Misture um monte de grampos de escritório ainda não usados, até que eles formem um emaranhado, e não será nada fácil separá-los de volta. Na verdade, a maçaroca fica tão compacta que irá resistir às suas tentativas de separação como se fosse um objeto sólido.

Mas tem um jeito: Mexa no emaranhado com jeito e paciência, ou coloque-o em um suporte vibratório, e os grampos irão se separar docilmente.

Youhan Sohn e seus colegas da Universidade do Colorado, nos EUA, foram buscar inspiração nessa rara combinação de resistência e flexibilidade para tentar estabelecer uma nova classe de materiais multifuncionais construídos com partículas interligadas.

Ao imitar a forma como os grampos se encaixam e se soltam, esses materiais emergentes poderão formar estruturas fortes, adaptáveis e até mesmo recicláveis - é só sacudir que o objeto se desmonta sozinho.

"Estamos explorando a ideia de blocos de construção com geometria há muitos anos, mas só recentemente começamos a estudar partículas interligadas e emaranhadas," contou o professor Francois Barthelat. "Estamos entusiasmados com a combinação de propriedades que podemos obter desses sistemas e acreditamos que essa tecnologia tem potencial para seguir muitos caminhos."

A compacidade e a resistência adquirida pelos amontoados de grampos é impressionante.
[Imagem: Saeed Pezeshki et al. - 10.1063/5.0308921]

Entrelaçamento mecânico

O foco do trabalho está no que os pesquisadores chamam de entrelaçamento - quando múltiplas partículas se entrelaçam, criando uma ligação. Não é um conceito novo. Na verdade, a natureza está repleta de exemplos de objetos ou materiais que se entrelaçam e se encaixam para criar estruturas fortes: Pense em um ninho de passarinho feito de gravetos e fibras entrelaçados, ou na interação de minerais duros e proteínas macias nos ossos.

O que os pesquisadores constataram é que o segredo para recriar esse entrelaçamento em materiais manufaturados não está em nenhum tipo de "tecelagem" ou "baguçagem", mas em definir adequadamente o formato das peças individuais. É o suficiente para obter tenacidade sem precisar usar processos como a colagem ou a soldagem.

"Vamos usar a areia como exemplo. A areia é lisa e convexa, o que significa que seus grãos não se encaixam uns nos outros," explicou o pesquisador Youhan Sohn. "No entanto, descobrimos que, se alterarmos o formato de um grão de areia, podemos afetar drasticamente seu comportamento e suas propriedades mecânicas, incluindo a capacidade da partícula de se ligar a outras partículas."

Tendo chegado a essa conclusão, Sohn começou a realizar simulações de Monte Carlo, um tipo de análise computacional, para prever exatamente como as partículas se interligariam. O objetivo era encontrar a geometria ideal que proporcionasse o máximo entrelaçamento. Bom, eles chegaram a um formato muito comum: O de um grampo de escritório, daqueles que se coloca no grampeador para juntar folhas de papel.

Mesmo compactos e resistentes, os blocos podem ser facilmente desmontados com vibrações.
[Imagem: Saeed Pezeshki et al. - 10.1063/5.0308921]

Duas pernas ou mais

Os testes mostram que o grampo - que a equipe passou a chamar de "partícula com duas pernas" - de fato tem o maior potencial para o entrelaçamento.

Mas não é só bagunça: O formato de grampo trouxe vantagens adicionais, como uma rara combinação de resistência à tração e tenacidade, algo muito difícil de se alcançar simultaneamente, e uma capacidade de se montar e desmontar muito rapidamente. Uma vibração leve, por exemplo, pode ser usada para entrelaçar e fortalecer as partículas, enquanto uma vibração mais forte faz com que o aglomerado se desfaça completamente.

"É um material estranho porque obviamente não é um líquido. No entanto, também não é totalmente sólido. Isso abre novas e intrigantes possibilidades de engenharia," disse Barthelat. Uma delas é na robótica de enxame, com pequenos robôs projetados para se entrelaçar, realizar uma tarefa e então se desembaraçar quando terminarem a missão.

Por enquanto, o grupo está focado em encontrar outros formatos mais criativos para suas partículas. Atualmente, eles estão testando um formato de partícula com pernas salientes adicionais, que eles esperam gerar propriedades de entrelaçamento ainda mais fortes.

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