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Cientistas criam material que é capaz de se moldar em superfícies

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Cientistas do MIT, Massachusetts Institute of Technology, criaram um material que pode redefinir o conceito de impressão 3D. Eles desenvolveram uma estrutura que é capaz de se moldar em qualquer superfície ao longo do tempo, como o rosto de uma pessoa, por exemplo. Essa novidade é um pouco diferente das atuais impressões “4D”, que nada mais são que produtos que reagem às condições do ambiente ao longo dos anos.

Pesquisadores anteriores tinham conseguido formas de fazer com que esses materiais se transformassem em estruturas simples. O engenheiro mecânico do MIT, Wim van Rees, coautor do artigo da PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), desenvolveu um método teórico para transformar uma folha fina e plana em formas mais complexas, como esferas, cúpulas ou rosto humano. “Meu objetivo era começar com uma forma 3D complexa que queremos alcançar, como um rosto humano, e depois perguntar: ‘como programamos um material para que ele chegue lá? Esse é um problema de design inverso”, disse ele.

Suas simulações originais eram para uma folha de material idealizada, sem limites de quanto ela poderia expandir ou contrair, o que não retrata muito a realidade, uma vez que todas as formas conhecidas possuem limitações. É um problema de “curvatura dupla”, descrita pela primeira vez pelo matemático do século XIX, Carl Friedrich Gauss.


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Gauss propôs seu “Therema Egregium” em 1828, que sustenta que é possível determinar a curvatura de uma superfície apenas medindo seus ângulos e distâncias. Isso significa que a curvatura da superfície não muda quando você a dobra. Mas há uma ressalva: a superfície não pode se esticar, encolher ou rasgar, o que representa um problema quando você está tentando deformar uma folha plana em formas complexas com uma curvatura diferente.

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Material se assemelha às impressões 4D já conhecidas / Imagem: Lori K. Sanders

Van Rees comparou o desafio que enfrentou ao tentar embrulhar uma bola de futebol para presente. O papel tem curvatura “Gaussiana” nula, enquanto a bola possui curvatura dupla. Portanto, para embrulhar a bola de futebol, você deve vincar e amassar o papel nas laterais e na parte inferior – o jornal teria que esticar ou contrair nos lugares certos.

Para resolver esse problema, van Rees e seus colegas decidiram usar uma estrutura como um tecido, ao invés da folha contínua modelada nas simulações iniciais. Eles fizeram esta estrutura com um material de borracha que se expande quando a temperatura aumenta, já que as lacunas  facilitam a adaptação do material às mudanças especialmente grandes em sua área de superfície. A equipe do MIT usou uma imagem de Gauss para criar um mapa virtual de quanto a superfície plana precisaria dobrar para se reconfigurar em uma face. Em seguida, eles criaram um algoritmo para traduzir isso no padrão correto de costelas neste objeto.

Eles projetaram algumas protuberâncias para crescer em taxas diferentes na folha de tecido, cada uma capaz de dobrar o suficiente para assumir a forma de um nariz ou uma órbita ocular. A estrutura impressa foi curada em um forno quente e depois resfriada à temperatura ambiente em um banho de água salgada. O resultado foi o formato de um rosto humano. A equipe também criou uma estrutura contendo metal líquido condutor que se transformou em uma antena ativa, com uma frequência de ressonância que muda à medida que se deforma.

Esses tipos de materiais que mudam de forma podem um dia ser usados ​​para fabricar tendas que podem se desdobrar e inflar por conta própria, apenas alterando a temperatura (ou outras condições ambientais). Outros usos potenciais incluem lentes telescópicas deformáveis, stents, andaimes para tecidos artificiais e robótica macia.

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Fonte: Canaltech


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