Rolamentos e mancais inspirados na cartilagem humana

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/04/2021

Além de compressibilidade reversível, o material apresenta a propriedade de autolubrificação.
[Imagem: Siavash Soltanahmadi et al. - 10.1021/acsapm.1c00256]

Rolamentos inspirados na cartilagem

Engenheiros desenvolveram um material que imita a cartilagem humana - o sistema de lubrificação e absorção de choques do corpo - mas que não foi feito para implantes médicos.

Em vez disso, o novo material promete uma nova geração de rolamentos e mancais mais leves, mais duráveis e autolubrificantes.

A cartilagem é um tecido fibroso mole encontrado ao redor das articulações que fornece proteção contra a carga compressiva gerada ao caminhar, mas também fornece uma camada protetora e lubrificante, permitindo que os ossos movimentem-se uns sobre os outros sem atrito.

Um dos truques da cartilagem para funcionar como amortecedor está em sua estutura porosa, preenchida pelo líquido sinovial. Sob impacto, o líquido é "ejetado", ajudando a dissipar as forças. Rapidamente ela volta ao seu estado original, reabsorvendo o líquido e ficando pronta para a repetição do ciclo - a cartilagem é um material bifásico.

"Agora nós desenvolvemos um material para aplicações de engenharia que imita algumas das propriedades mais importantes encontradas na cartilagem, e isso só foi possível porque encontramos uma maneira de imitar a forma como a natureza o faz," disse o professor Siavash Soltanahmadi, da Universidade de Leeds, no Reino Unido.

O polímero PDMS mantém a estrutura do hidrogel, fazendo com que ele retorne rapidamente ao formato original após um ciclo de compressão.
[Imagem: University of Leeds]

Compressão e autolubrificação

As tentativas anteriores de desenvolver um sistema de cartilagem sintética se concentraram no uso de hidrogéis, materiais que são bons para reduzir o atrito, mas têm um desempenho ruim quando submetidos à força de compressão, demorando a voltar ao seu estado inicial.

Os pesquisadores superaram esse problema criando um material poroso sintético feito de um hidrogel mantido em uma matriz de polidimetilsiloxano ou PDMS - um polímero à base de silicone.

O comportamento de carga do hidrogel retido na matriz de PDMS foi de 14 a 19 vezes maior do que no hidrogel sozinho, dependendo do teste. O módulo de elasticidade de equilíbrio do compósito foi de 452 kPa em uma faixa de deformação de 10% a 30%, próximo aos valores da cartilagem biológica.

Além da capacidade de carga, o material se comporta de forma mais eficiente do que muitos sistemas tradicionais de engenharia lubrificados a óleo, embora o material polimérico não resista a temperaturas tão elevadas quanto os metais.

"Existem muitas aplicações em engenharia para um material sintético que é macio mas pode suportar cargas pesadas com desgaste mínimo, como em rolamentos. Há potencial em toda a engenharia para um material que se comporta como a cartilagem," finalizou Soltanahmadi.

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