Os jogadores de futebol (e qualquer outra pessoa que sofra golpes fortes) podem querer respirar aliviados. Em pesquisas recentes, engenheiros da Universidade do Colorado de Boulder e dos Laboratórios Nacionais Sandia desenvolveram um novo design de preenchimento que pode suportar grandes impactos. As inovações da equipa, que podem ser impressas em impressoras 3D disponíveis comercialmente, poderão um dia acabar em tudo, desde caixas de transporte a almofadas de futebol – qualquer coisa que ajude a proteger objetos frágeis, ou corpos, dos choques da vida.

A equipe descreveu a tecnologia em janeiro na revista Advanced Materials Technologies .

"A mitigação de impactos é algo importante em todos os lugares", disse Robert MacCurdy, autor correspondente do estudo e professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica Paul M. Rady da CU Boulder. "Está em barreiras contra acidentes rodoviários, joelheiras e cotoveleiras e em equipamentos de embalagem."

A pesquisa dá uma nova olhada em algo que a maioria das pessoas encontra o tempo todo, mas raramente percebe: espumas. Eles são materiais moles cheios de incontáveis buracos e canais minúsculos. Imagine embalar amendoins ou bolas antistresses. MacCurdy disse que as espumas podem ser boas para absorver golpes, mas têm uma grande desvantagem: se você apertar uma espuma com força suficiente, ela acabará se comprimindo em um chumaço rígido.

Ele e seus colegas acham que podem fazer melhor.

No novo estudo, o grupo escreveu algoritmos de computador para redesenhar meticulosamente o interior dos materiais de amortecimento – permitindo-lhes dobrar sob força, mas apenas seguindo um padrão cuidadoso. Quando o grupo testou seus projetos em laboratório, descobriu que seu acolchoamento poderia absorver até 25% mais força do que as atuais tecnologias de ponta.

“O material que você usa para absorver impactos é importante”, disse MacCurdy. "Mas o que realmente importa é a geometria."

Para entender por que algumas almofadas funcionam bem e outras não, é útil olhar bem para dentro.

O que dá elasticidade à espuma, por exemplo, são todos aqueles cantinhos e recantos. Quando você aperta uma esponja, explicou MacCurdy, esses espaços vazios começam a se fechar, o que, por sua vez, absorve energia.

Alguns engenheiros foram além desse projeto básico. Em vez disso, eles fazem preenchimento a partir de uma rede de torres, ou “treliças de placas”, que se parecem um pouco com favos de mel. Se um linebacker, talvez, colidir com esse tipo de almofada, o impacto fará com que os favos de mel entrem em colapso em um padrão semelhante a uma onda. Essa é uma maneira mais eficiente de absorver forças.

Mas, observou MacCurdy, os pesquisadores há muito se esforçam para obter um preenchimento que atenda ao padrão ouro – tecnologia que não apenas absorve muita força, mas também pode absorver muitos tipos diferentes de forças com a mesma sutileza.

"Se você está andando de bicicleta e sofre um acidente, não sabe se será um impacto de baixa velocidade ou de alta velocidade. Mas, independentemente disso, você espera que seu capacete tenha um bom desempenho", disse ele.. "Estamos tentando desenvolver uma geometria que funcione bem em todos esses cenários."

Para fazer uma almofada mais versátil, o engenheiro e seus colegas optaram por reorganizar o interior desses objetos, na escala de um milímetro ou menos.

O grupo primeiro usou um software personalizado para criar uma rede de favos de mel e depois os ajustou para incluir algumas dobras, um pouco como o fole de um acordeão. Essas torções ajudam a guiar os favos de mel à medida que eles se quebram durante um impacto, permitindo um colapso muito mais suave.

“No momento em que você começa a comprimir essas estruturas, elas absorvem uma certa quantidade de força”, disse MacCurdy. "Os melhores designs de absorvedores mantêm uma força constante em toda a faixa de compressão."

Em outras palavras, ao contrário da espuma, essas almofadas se comportarão da mesma forma, não importa o quanto você as comprima – ou, pelo menos, até um determinado máximo.

Os pesquisadores também queriam ter certeza de que seu acolchoamento resistiria a choques e hematomas no mundo real. Eles usaram uma impressora 3D para criar blocos do tamanho de um pequeno tijolo a partir de um material elástico chamado poliuretano termoplástico. Então eles os apertaram com uma máquina de teste de impacto.

O grupo descobriu que seus blocos poderiam absorver cerca de seis vezes mais energia do que as espumas padrão feitas do mesmo material e até 25% mais do que outros designs de favo de mel. MacCurdy e seus colegas estão atualmente trabalhando para melhorar ainda mais suas estruturas. Ele acrescentou que os engenheiros podem fazer esses tipos de projetos a partir de muitos tipos diferentes de materiais, desde plásticos flexíveis até substâncias mais duras como o alumínio.

O mundo, por outras palavras, poderá em breve ser um lugar muito mais suave.