Metamaterial Mecânico Digital controla forma e propriedades em tempo real

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/03/2024

É possível alterar suas propriedades mecânicas, o material tem memória e poderá ser aplicado até mesmo em inteligência artificial.
[Imagem: Wiley-Vch/Advanced Materials]

Metamaterial digital

Inspirando-se na adaptabilidade observada em organismos biológicos como o polvo, e utilizando os tradicionais metamateriais usados nos mantos de invisibilidade, cientistas coreanos criaram agora uma camuflagem macia, que poderá levar ao desenvolvimento de robôs macios totalmente adaptáveis ao ambiente, novas máquinas de interação inteligentes e peles eletrônicas.

Jun Choe e colegas do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan desenvolveram um metamaterial multifuncional codificável que permite ajustar dinamicamente sua forma e propriedades mecânicas em tempo real, o que supera as limitações dos materiais existentes, abrindo novas possibilidades de aplicações.

As máquinas e interfaces macias ainda estão longe do nível de adaptabilidade de suas inspirações biológicas, principalmente devido à limitada capacidade de ajuste em tempo real e à dificuldade de reprogramar as propriedades e funcionalidades. Para preencher essa lacuna, a equipe introduziu uma nova abordagem utilizando padrões gráficos de rigidez. Alternando independentemente os estados de rigidez binária digital (suave ou rígida) das unidades constituintes do metamaterial - os chamados meta-átomos -, o material permite o ajuste local e gradativo de várias qualidades mecânicas.

Por exemplo, é possível ajustar seu formato, resposta ao estresse e coeficiente de Poisson sob carga compressiva. O coeficiente de Poisson mede como uma tensão gera uma deformação transversal de um material. Por exemplo, um coeficiente de Poisson negativo caracteriza uma família de materiais muito interessantes tecnologicamente, conhecidos como auxéticos, que são materiais que encolhem quando são comprimidos ou se expandem na perpendicular da pressão que recebem. O material construído pela equipe é um metamaterial auxético.

E, como pode permanecer em um estado definido, o material também apresenta memória, o que aumenta ainda mais sua semelhança com a chamada matéria digital.

É uma espécie de matéria digital programável , que permite a programação das propriedades mecânicas do material em tempo real.
[Imagem: Jun Kyu Choe et al. - 10.1002/adma.202470033]

Controle das propriedades mecânicas

Uma vez que apresenta diversas funcionalidades orientadas para aplicações, como absorção de energia ajustável e reutilizável e fornecimento de pressão, este material inovador serve como um trampolim para o desenvolvimento de robôs flexíveis totalmente adaptáveis e máquinas interativas inteligentes.

"Desenvolvemos um metamaterial que pode implementar as características desejadas em minutos, sem a necessidade de hardware adicional," disse Choe. "Isso abre novas possibilidades para materiais adaptativos avançados e para o desenvolvimento futuro de robôs adaptativos."

A equipe demonstrou esses potenciais criando um dispositivo adaptativo de absorção de choque, que ajusta suas propriedades em resposta a impactos inesperados - ao minimizar a força transmitida ao objeto protegido, o metamaterial reduz significativamente o risco de danos ou ferimentos.

Outro protótipo consiste em um dispositivo de transmissão de força, capaz de aplicar forças em locais e horários desejados . Ao receber comandos digitais específicos, o material opera seletivamente interruptores de LED, permitindo um controle preciso sobre os caminhos da transmissão de força - o protótipo aciona interruptores, mas poderia acionar qualquer mecanismo.

A equipe destaca também a compatibilidade deste metamaterial com tecnologias de inteligência artificial, como aprendizagem profunda, bem como com tecnologias e dispositivos digitais tradicionais. "Este metamaterial, capaz de converter informação digital em informação física em tempo real, abrirá caminho para novos materiais inovadores que possam aprender e se adaptar ao seu entorno," resumiu o professor Jiyun Kim, coordenador da equipe.

Mais tópicos