Pesquisadores do Departamento de Engenharia Biomeca¢nica da Universidade de Tecnologia de Delft criaram uma nova classe de metamateriais que podem mudar dinamicamente seu comportamento meca¢nico. Pode formar a base para aplicações prática s, como roupas de proteção contra quedas para idosos. Os resultados foram publicados na revista Science Advances em 17 de junho.

Metamateriais são estruturas de materiais criadas artificialmente que derivam suas propriedades de seu design microestrutural interno, em vez da composição química do material de que são construa­das. Os metamateriais podem ser projetados para mostrar propriedades excepcionais não encontradas em materiais naturais simples. Por exemplo, embora se espere intuitivamente que estruturas que são comprimidas em uma direção se expandam na direção oposta, uma classe de metamateriais chamados materiais auxanãticos éprojetada propositadamente para fazer o oposto.

Atéagora, as funcionalidades metamateriais meca¢nicas não exploraram efeitos dependentes do tempo. Isso ésurpreendente, diz o Dr. Shahram Janbaz, pesquisador do grupo de Biomateriais e Biomeca¢nica dos Tecidos da TU Delft e primeiro autor do artigo, porque muitos materiais flexa­veis usados ​​para construir metamateriais meca¢nicos, como pla¡sticos a  base de polímeros, mostram comportamento meca¢nico isso depende da velocidade com que eles são deformados. "Os materiais viscoela¡sticos, quando tensos, sofremmudanças lentas que dissipam energia. Portanto, a resposta meca¢nica deles depende da rapidez com que vocêos deforma".

A equipe, liderada pelo professor Amir Zadpoor, agora traz a dimensão do tempo para a caixa de ferramentas de metamateriais meca¢nicos, criando o que poderia ser considerado uma nova classe de metamateriais que podem mudar dinamicamente seu comportamento meca¢nico.

A equipe construiu pilares altos que consistem em dois materiais diferentes: um lado éfeito de um material que responde a  velocidade da deformação, enquanto o material do outro lado não se importa com a rapidez com que édeformado. Ao aplicar uma força de compressão ao longo da direção do eixo longo desse "feixe duplo", a elasticidade de ambos os materiais garante que ele não se quebre, mas se dobre.

Os pesquisadores mostraram que o feixe bi previsivelmente se dobra para o lado esquerdo ou direito, dependendo da velocidade da compressão. Esse comportamento dependente da taxa de deformação de duas vigas éa chave para criar novos materiais com propriedades estranhas nunca antes vistas. "Tudo o que vocêprecisa fazer éencontrar uma maneira inteligente de montar vigas duplas e as chances são muito boas de vocêencontrar um comportamento meca¢nico que nunca havia sido relatado antes", diz Zadpoor.

Janbaz explica: "Por exemplo, conectamos dois feixes paralelos espelhados um ao outro por meio de conectores ra­gidos como uma canãlula unita¡ria ba¡sica que pode ser repetida em todas as direções para criar uma estrutura trelia§ada metamaterial tridimensional. Descobrimos que, aumentando a taxa de deformação, o comportamento meca¢nico de uma canãlula assim mudou completamente de auxanãtico para convencional ". Os va­deos que acompanham a publicação mostram como uma trelia§a composta por células unita¡rias interconectadas diminui para baixas velocidades de compressão e se expande para altas velocidades.

Uma das possa­veis aplicações de metamateriais que mostram esse comportamento de comutação éa de proteção contra quedas. Diz Zadpoor: "Imagine uma camada vesta­vel. Em circunsta¢ncias normais, émacia e acompanha os movimentos do corpo. Quando ocorre um impacto, o material muda seu comportamento, atuando como um amortecedor". Isso pode ajudar pessoas que sofrem de osteoporose, onde as fraturas ósseas constituem uma grande complicação.

Os pesquisadores também criaram trelia§as de dois feixes que são programadas para se tornarem menos ra­gidas se forem tensionadas mais rapidamente. Esse comportamento pode ser chamado de viscoelasticidade negativa e nunca foi observado antes em sãolidos.

Embora possa ser difa­cil criar bi-feixes muito menores com o mesmo design dos sistemas de modelo de tamanho centimanãtrico testados aqui, os pesquisadores vaªem possibilidades de usar técnicas de impressão em 3D para criar trelia§as de minaºsculos feixes.

Os pesquisadores estãoentusiasmados com o potencial do design de dois feixes. "Esperamos que esse elemento ba¡sico possa ser usado para criar uma rica variedade de comportamentos meca¢nicos", diz Janbaz.