Desenvolvido por engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison, uma espuma leve e ultra-absorvente de choque pode melhorar muito os capacetes projetados para proteger as pessoas de golpes fortes.

O novo material apresenta absorção de energia específica 18 vezes maior do que a espuma atualmente usada nos revestimentos de capacetes de combate militar dos EUA, além de ter muito mais resistência e rigidez, o que pode permitir uma melhor proteção contra impactos.

As forças físicas de um impacto podem infligir trauma no cérebro, causando uma concussão. Mas os materiais do capacete que absorvem e dissipam melhor essa energia cinética antes que ela atinja o cérebro podem ajudar a mitigar, ou mesmo prevenir, concussões e outras lesões cerebrais traumáticas.

O parceiro industrial dos pesquisadores, o fabricante de capacetes Team Wendy, está experimentando o novo material em um protótipo de forro de capacete para investigar seu desempenho em cenários do mundo real.

"Este novo material tem um tremendo potencial de absorção de energia e, portanto, de mitigação de impacto, o que, por sua vez, deve reduzir significativamente a probabilidade de lesão cerebral", diz Ramathasan Thevamaran, professor de física de engenharia da UW-Madison que liderou a pesquisa.

A equipe detalhou seu avanço em um estudo publicado recentemente na revista Extreme Mechanics Letters .

Os nanotubos de carbono já possuem propriedades mecânicas excepcionais e, para melhorar ainda mais seu desempenho, os pesquisadores projetaram um material com características estruturais únicas em várias escalas de comprimento. A nova arquitetura do material consiste em numerosas estruturas cilíndricas em escala micrométrica , cada uma feita de muitos nanotubos de carbono.

Descobrir os parâmetros de design ideais da nova espuma - como a espessura dos cilindros, seu diâmetro interno e o espaço entre os cilindros adjacentes - não foi uma tarefa fácil. Os pesquisadores conduziram sistematicamente experimentos onde variaram cada parâmetro e estudaram todas as combinações possíveis.

"Então, pegamos algumas espessuras diferentes e testamos com todos os tamanhos de diâmetro e todas as lacunas possíveis, e assim por diante", diz Thevamaran. “Ao todo, analisamos 60 combinações diferentes e realizamos três testes em cada amostra, então 180 experimentos foram incluídos neste estudo”.

Eles descobriram um vencedor claro. Cilindros com espessura de 10 micrômetros ou menos, dispostos próximos uns dos outros, produziram uma espuma com as melhores propriedades de absorção de choque.

"Eu esperava que as propriedades gerais melhorassem devido à nossa arquitetura interativa, mas fiquei surpreso com o quão dramaticamente as propriedades foram aprimoradas quando os cilindros tinham 10 micrômetros de espessura", diz Thevamaran. "Foi devido a um efeito de tamanho incomum que surgiu nas relações processo-estrutura-propriedade. O efeito foi muito pronunciado e acabou sendo bastante vantajoso para as propriedades que estávamos almejando."

Além disso, o novo material pode permanecer absorvendo choques de forma robusta em temperaturas muito altas e muito baixas por causa de seus blocos de construção de nanotubos de carbono , tornando-o útil para aplicações em uma ampla gama de ambientes extremos.

Os pesquisadores, incluindo Komal Chawla, pesquisador associado de pós-doutorado da UW–Madison, e os estudantes de pós-graduação Abhishek Gupta e Abhijeet S. Bhardwaj, estão patenteando sua inovação por meio da Wisconsin Alumni Research Foundation. A colaboração universidade-indústria fazia parte do programa PANTHER liderado pela UW¬–Madison, uma iniciativa de pesquisa interdisciplinar que está desenvolvendo soluções para permitir uma melhor detecção e prevenção de lesões cerebrais traumáticas.