Metamateriais magnéticos reprogramáveis
Uma equipe de cientistas da Universidade Carlos III de Madrid (UC3M) e da Universidade de Harvard, nos EUA, demonstrou experimentalmente que é possível reprogramar a forma e o comportamento estrutural de materiais artificiais inovadores com propriedades eletromagnéticas, conhecidos como metamateriais, sem necessidade de modificar sua composição. Essa tecnologia abre as portas para inovações em áreas como biomedicina e robótica macia, entre outras.
O estudo, publicado na revista Advanced Materials, explica como reprogramar esses metamateriais mecânicos por meio da utilização de ímãs flexíveis distribuídos por sua estrutura.
“O que é inovador na nossa proposta é a incorporação de pequenos ímãs flexíveis em uma matriz romboide rotativa que permite modificar a rigidez e a capacidade de absorção de energia da estrutura, alterando simplesmente a distribuição desses ímãs ou aplicando um campo magnético externo. Isso confere propriedades únicas que não estão presentes nos materiais convencionais nem na natureza. Quando concebemos novos materiais, temos tendência a nos concentrar na sua composição química e microestrutura, mas com os metamateriais podemos também brincar com sua geometria interna e disposição espacial”, explica um dos autores do estudo, Daniel García-González, do Departamento de Mecânica dos Meios Contínuos e Teoria das Estruturas da UC3M.
Essa descoberta é um passo importante para a criação de estruturas mecânicas reconfiguráveis, úteis em setores como robótica, proteção contra impactos e engenharia aeroespacial. As aplicações desse tipo de metaestruturas são praticamente infinitas, segundo os pesquisadores.
“Desde estruturas de proteção contra impactos, componentes adaptativos em robótica macia até sistemas amortecedores inteligentes em exoesqueletos. No campo do esporte, poderiam ser utilizadas para modificar a resposta mecânica de uma sola esportiva por meio das interações dos elementos nela incorporados, tornando certas zonas mais flexíveis ou mais rígidas para melhorar a passada de uma pessoa ou de um corredor. Abrem-se também possibilidades inovadoras no campo da biomedicina. Por exemplo, poderíamos introduzir modificações dessas estruturas em um vaso sanguíneo obstruído e, por meio da aplicação de um campo magnético externo, expandir a matriz para conseguir a sua desobstrução”, destaca outro pesquisador, Josué Aranda Ruiz, do Departamento de Mecânica dos Meios Contínuos e Teoria das Estruturas da UC3M.
Para realizar o estudo, os pesquisadores da UC3M e de Harvard combinaram a identificação e a caracterização de diferentes materiais com a análise de seu comportamento em função das orientações magnéticas.
Para isso, estudaram como a orientação, a magnetização residual e a rigidez dos ímãs afetam as respostas estáticas e dinâmicas do metamaterial, demonstrando que uma reorientação cuidadosa permite ajustar significativamente seu comportamento. Analisaram, depois, sua integração em estruturas maiores para testes dinâmicos de impacto.
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“Ao modificar a posição dos ímãs para modular a interação magnética entre eles, podemos obter comportamentos completamente diferentes no material”, acrescenta outro dos autores do estudo, Carlos Pérez García, também do Departamento de Mecânica dos Meios Contínuos e Teoria das Estruturas da UC3M.
Esse trabalho de pesquisa foi desenvolvido com o apoio do Ministério da Ciência e Inovação (MCIN/AEI/10.13039/501100011033), assim como do projeto 4D-BIOMAP do Conselho Europeu de Pesquisa (ERC) do programa de pesquisa e inovação Horizonte 2020 da União Europeia (GA947723). Também está inserido no trabalho de inovação desenvolvido para transferir tecnologia em robótica macia com a empresa Monodon (Navantia).
