Polímero metamórfico assume 12 formatos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/11/2025

É uma estrutura simples, mas a manipulação das fitas transformam a folha de polímero em um metamaterial mecânico.
[Imagem: Yaoye Hong et al. - 10.1038/s41563-025-02370-z]

Polímero com superpoderes

Assumir mais de uma dúzia de formas curvas e tridimensionais diferentes, simplesmente comprimindo ou torcendo sua estrutura original, já seria um superpoder desejado por qualquer polímero.

Mas este novo polímero metamórfico tem ainda a vantagem de que suas mudanças de forma podem ser operadas à distância, controladas remotamente por meio de um campo magnético, permitindo que a estrutura seja usada para uma variedade de aplicações.

Ainda sem a capa de super-herói, o material nasce cortando-se uma folha de polímero em forma de paralelogramo, semelhante a um diamante. Em seguida, essa folha recebe uma fileira de outros cortes, perfazendo linhas paralelas no centro de cada folha. Isso cria uma fileira de fitas idênticas conectadas por uma tira sólida de material nas partes superior e inferior da folha.

Quando as extremidades esquerda e direita das tiras sólidas são conectadas pelas suas partes superior e inferior, a folha de polímero assume uma forma tridimensional aproximadamente esférica, semelhante a uma lanterna chinesa. É aí que o polímero ganha sua capa de superpoderes.

"Essa forma básica é, por si só, biestável," explica Jie Yin, da Universidade Estadual da Carolina do Norte, nos EUA. "Em outras palavras, ela tem duas formas estáveis. É estável em sua forma de lanterna, é claro. Mas, se você comprimir a estrutura, empurrando-a de cima para baixo, ela começará a se deformar lentamente até atingir um ponto crítico, momento em que se encaixa em uma segunda forma estável que se assemelha a um pião. Na forma de pião, a estrutura armazenou toda a energia que você usou para comprimi-la. Então, quando você começar a puxar a estrutura para cima, chegará a um ponto em que toda essa energia será liberada de uma só vez, fazendo com que ela volte à forma de lanterna muito rapidamente."

Demonstrações de aplicações do superpolímero metamórfico.
[Imagem: Yaoye Hong et al. - 10.1038/s41563-025-02370-z]

Metamórfico

Mas não são só lanternas e piões. Aplicando torções ou fazendo dobras nas tiras, seja na parte superior ou na parte inferior, incluindo combinações dessas manipulações, torna-se possível criar uma série de outros formatos, cada um dos quais com seus próprios pontos de "travamento" estável.

"Cada uma dessas variações também é multiestável. Algumas podem alternar entre dois estados estáveis. Uma delas tem quatro estados estáveis, dependendo se você está comprimindo a estrutura, torcendo a estrutura ou comprimindo e torcendo a estrutura simultaneamente," acrescentou Yin.

Finalmente, o pesquisador teve a ideia de fixar películas magnéticas às tiras, o que abriu a possibilidade de comprimir ou torcer as estruturas remotamente, usando um campo magnético externo.

A equipe demonstrou diversas possibilidades de aplicação, desenvolvidas explorando o encaixe entre duas formas estáveis. A primeira é uma pinça robótica macia, precisa e delicada, tanto que foi testada agarrando peixes em um aquário. Outra é uma torneira, que abre e fecha para controlar o fluxo de água. Finalmente, uma forma compacta se expande rapidamente para uma forma alta, abrindo um tubo que estava colapsado.

"No futuro, essas unidades de lanterna poderão ser montadas em arquiteturas 2D e 3D para amplas aplicações, em metamateriais mecânicos que mudam de forma e em robótica," disse Yin. "Vamos explorar isso."

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