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Metamaterial: criado por cientistas pode ser reprogramado para alterar sua estrutura

Metamaterial: criado por cientistas pode ser reprogramado para alterar sua estrutura
Os cientistas desenvolveram um metamaterial cujas propriedades mecânicas podem ser reprogramadas sob demanda e sua estrutura interna pode ser modificada aplicando um campo magnético.

Os cientistas desenvolveram um metamaterial cujas propriedades mecânicas podem ser reprogramadas sob demanda e sua estrutura interna pode ser modificada aplicando um campo magnético.

Nos últimos 20 anos, os cientistas têm desenvolvido metamateriais, ou materiais que não ocorrem naturalmente e cujas propriedades mecânicas resultam de sua estrutura projetada em vez de sua composição química.


O metamaterial desenvolvido pelos cientistas da EPFL é feito de silício e pó magnético e tem uma estrutura complicada que permite que as propriedades mecânicas variem. 

A ideia em inúmeras pesquisas de criação desses materiais é o desenvolvimento de novos produtos que ainda não foram possíveis com matérias disponíveis atualmente.

A lista é ampla: desde produtos do cotidiano até produtos que certamente irão revolucionar nosso estilo de vida, um exemplo são as baterias que apesar de serem amplamente utilizadas e terem evoluído nas últimas décadas, ainda há uma grande expectativa para produtos mais eficientes.

Tian Chen, um pós-doutor em dois laboratórios da EPFL – o Laboratório de Estruturas Flexíveis, liderado por Pedro Reis, e o Laboratório de Computação Geométrica, liderado por Mark Pauly,  levaram metamateriais um passo adiante, desenvolvendo um cujas propriedades mecânicas podem ser reprogramadas após a publicação do material. Sua pesquisa aparece na Nature.

“Eu me perguntava se havia uma maneira de mudar a geometria interna da estrutura de um material depois que ele foi criado”, diz Chen.

“A ideia era desenvolver um único material que pudesse exibir uma gama de propriedades físicas, como rigidez e força, com características que fossem alteráveis e pudessem ser reutilizáveis, ou seja que não precisassem ser substituídos cada vez. Por exemplo, quando você torce o tornozelo, inicialmente você tem que usar uma tala dura para segurar o tornozelo no lugar. Então, à medida que cicatriza, você pode mudar para um mais flexível. Hoje você tem que substituir toda a tala, mas a esperança é que um dia, um único material possa servir a ambas as funções.”

Silício e pó magnético

O metamaterial de Chen é feito de silício e pó magnético e tem uma estrutura complicada que permite que as propriedades mecânicas variem. Cada célula dentro da estrutura se comporta como um interruptor elétrico. “Você pode ativar e desativar células individuais aplicando um campo magnético. Isso modifica o estado interno do metamaterial e, consequentemente, suas propriedades mecânicas”, diz Chen. Ele explica que seu material programável é análogo a dispositivos de computador como discos rígidos. Esses dispositivos contêm bits de dados que podem ser escritos e lidos em tempo real. As células em seu metamaterial programável, chamados m-bits, funcionam como os bits em um disco rígido – eles podem ser ligados, tornando o material mais rígido, ou desligado, tornando-o mais flexível. E os pesquisadores podem programar várias combinações de on e off para dar ao material exatamente as propriedades mecânicas de que precisam a qualquer momento.

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Tian Chen -Novo metamaterial com propriedades reprogramáveis

Para desenvolver seu material, Chen se baseou em métodos da ciência da computação e da engenharia mecânica. “É isso que torna o projeto dele tão especial”, diz Pauly. Chen também passou um tempo considerável testando seu material em cada um de seus diferentes estados. Ele descobriu que poderia de fato ser programado para alcançar vários graus de rigidez, deformação e força.

Muitos horizontes de pesquisa para metamateriais

Metamateriais programáveis são semelhantes a máquinas, como robôs, que empregam mecanismos eletrônicos complicados e intensivos em energia. Com sua pesquisa, Chen pretende encontrar o equilíbrio certo entre materiais estáticos e máquinas. Reis vê muito potencial para novas pesquisas usando a tecnologia de Chen. “Poderíamos projetar um método para criar estruturas 3D, já que o que fizemos até agora é apenas em 2D”, diz Reis. “Ou podemos reduzir a escala para fazer metamateriais ainda menores.” A descoberta de Chen marca um passo fundamental, pois é a primeira vez que os cientistas desenvolvem um metamaterial mecânico verdadeiramente reprogramável. Abre muitos caminhos emocionantes para pesquisas e aplicações industriais de ponta.

Este comunicado de imprensa foi originalmente publicado no site da EPFL. Foi editado para o estilo

Mais informações: Metamaterial mecânico reprogramável com memória estável, Natureza (2021). DOI: 10.1038/s41586-020-03123-5 , www.nature.com/articles/s41586-020-03123-5

Informações da revista: Natureza 

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Publicado por:
Apaixonado por ciência e tecnologia além de programação é claro! Fundador do site Science Tech News.

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