Metamateriais são materiais estruturados artificialmente com propriedades extraordinárias não facilmente encontradas na natureza. Com geometrias tridimensionais (3D) projetadas na micro e nanoescala, esses materiais arquitetados alcançam propriedades mecânicas e físicas únicas com capacidades além daquelas dos materiais convencionais — e surgiram na última década como uma maneira promissora de desafios de engenharia onde todos os outros materiais existentes não tiveram sucesso.

Materiais arquitetados exibem propriedades mecânicas e funcionais únicas, mas seu potencial total permanece inexplorado devido a desafios em design, fabricação e caracterização. Melhorias e escalabilidade neste espaço podem ajudar a transformar uma gama de indústrias, de implantes biomédicos, equipamentos esportivos, automotivo e aeroespacial, e energia e eletrônica.

“Avanços na fabricação escalável, testes de alto rendimento e otimização de design orientada por IA podem revolucionar as disciplinas de mecânica e ciência dos materiais, permitindo materiais mais inteligentes e adaptáveis que redefinem a engenharia e as tecnologias cotidianas”, diz  Carlos Portela , professor de desenvolvimento de carreira Robert N. Noyce e professor assistente de engenharia mecânica no MIT.

Em uma Perspectiva publicada este mês no periódico Nature Materials , Portela e James Surjadi, um pós-doutorado em engenharia mecânica, discutem os principais obstáculos, oportunidades e aplicações futuras no campo de metamateriais mecânicos. O artigo é intitulado “ Habilitando materiais arquitetados tridimensionais em escalas de comprimento e escalas de tempo .”

“O futuro do campo exige inovação na fabricação desses materiais em escalas de comprimento, do nano ao macro, e progresso na compreensão deles em uma variedade de escalas de tempo, da deformação lenta ao impacto dinâmico”, diz Portela, acrescentando que também exige colaboração interdisciplinar.

Uma  Perspectiva é um tipo de conteúdo revisado por pares que o periódico usa para convidar à reflexão ou discussão sobre questões que podem ser especulativas, controversas ou altamente técnicas, e onde o assunto pode não atender aos critérios para uma Revisão.

“Sentimos que nosso campo, após um progresso substancial na última década, ainda enfrenta dois gargalos: problemas de escala e nenhum conhecimento ou compreensão das propriedades em condições dinâmicas”, diz Portela, discutindo a decisão de escrever o artigo.

O artigo de Portela e Surjadi resume abordagens de última geração e destaca lacunas de conhecimento existentes em design, fabricação e caracterização de materiais. Ele também propõe um roteiro para acelerar a descoberta de materiais arquitetados com propriedades programáveis por meio da combinação sinérgica de experimentação de alto rendimento e esforços computacionais, para alavancar técnicas emergentes de inteligência artificial e aprendizado de máquina para seu design e otimização.

“Experimentos miniaturizados de alto rendimento, caracterização sem contato e métodos de condições extremas de bancada gerarão conjuntos de dados ricos para a implementação de modelos baseados em dados, acelerando a otimização e a descoberta de metamateriais com propriedades únicas”, diz Surjadi.

O lema do Portela Lab é “mecânica arquitetada e materiais em escalas”. O Perspective visa preencher a lacuna entre a pesquisa fundamental e as aplicações reais de materiais arquitetados de última geração, e apresenta uma visão na qual o laboratório vem trabalhando nos últimos quatro anos.