La¢minas, bisturis e facas são geralmente feitos de aa§o inoxida¡vel, afiados a uma borda afiada e revestidos com materiais ainda mais duros, como carbono semelhante ao diamante. No entanto, as facas precisam ser afiadas regularmente, enquanto as lâminas são substitua­das rotineiramente após o corte de materiais muito mais macios do que as próprias lâminas.

Agora, os engenheiros do MIT estudaram o simples ato de fazer a barba de perto, observando como uma lâmina de barbear pode ser danificada ao cortar o cabelo humano - um material 50 vezes mais macio que a própria lâmina. Eles descobriram que o barbear deforma uma lâmina de uma maneira mais complexa do que simplesmente desgastar a ponta com o tempo. De fato, um aºnico fio de cabelo pode fazer com que a borda de uma lâmina se lasque sob condições especa­ficas. Depois que uma rachadura inicial se forma, a lâmina fica vulnera¡vel a lascar mais. Amedida que mais rachaduras se acumulam ao redor do chip inicial, a borda da navalha pode diminuir rapidamente.

A estrutura microsca³pica da lâmina desempenha um papel fundamental, segundo a equipe. A lâmina émais propensa a lascar se a microestrutura do aa§o não for uniforme. O a¢ngulo de aproximação da lâmina a um fio de cabelo e a presença de defeitos na estrutura microsca³pica do aa§o também desempenham um papel no ini­cio de trincas.

As descobertas da equipe também podem oferecer pistas sobre como preservar a nitidez de uma lâmina. Por exemplo, ao fatiar legumes, um chef pode considerar cortar diretamente, e não em a¢ngulo. E ao projetar lâminas mais duradouras e mais resistentes a cavacos, os fabricantes podem considerar fazer facas com materiais mais homogaªneos.

"Nosso principal objetivo era entender um problema que mais ou menos todos estãocientes: por que as lâminas se tornam inaºteis quando interagem com materiais muito mais macios", diz C. Cem Tasan, professor associado de metalurgia de Thomas B. King no MIT. "Encontramos os principais ingredientes da falha, o que nos permitiu determinar um novo caminho de processamento para fabricar lâminas que podem durar mais tempo".

Tasan e seus colegas publicaram seus resultados na revista Science . Seus coautores são Gianluca Roscioli, principal autor e estudante de graduação do MIT, e Seyedeh Mohadeseh Taheri Mousavi, pa³s-doc do MIT.

O grupo de Tasan no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT explora a microestrutura de metais para projetar novos materiais com excepcional resistência a danos.

"Somos metalaºrgicos e queremos aprender o que governa a deformação de metais, para que possamos produzir metais melhores", diz Tasan. "Nesse caso, era intrigante que, se vocêcortar algo muito macio, como cabelo humano, com algo muito duro, como aa§o, o material duro falhara¡."

Para identificar os mecanismos pelos quais as lâminas de barbear falham ao depilar o cabelo humano , Roscioli realizou alguns experimentos preliminares, usando lâminas descarta¡veis ​​para depilar seus pra³prios pelos faciais. Depois de cada barbear, ele capturava imagens da lâmina da navalha com um microsca³pio eletra´nico de varredura (SEM) para rastrear como a lâmina se desgastava com o tempo.

Surpreendentemente, os experimentos revelaram muito pouco desgaste ou arredondamento da borda afiada ao longo do tempo. Em vez disso, ele notou chips se formando ao longo de certas regiaµes da borda da lâmina.

"Isso criou outro mistanãrio: vimos lascas, mas não vimos lascas em todos os lugares, apenas em determinados locais", diz Tasan. "E quera­amos entender, em que condições essas lascas ocorrem e quais são os ingredientes do fracasso?"

Para responder a essa pergunta, Roscioli construiu um pequeno aparelho micromeca¢nico para realizar experimentos de barbear mais controlados. O aparelho consiste em um esta¡gio ma³vel, com dois grampos de cada lado, um para segurar uma lâmina de barbear e o outro para ancorar fios de cabelo. Ele usava lâminas de barbeadores comerciais, que punha em vários a¢ngulos e profundidades de corte para imitar o ato de barbear.

O aparelho foi projetado para caber dentro de um microsca³pio eletra´nico de varredura , onde Roscioli conseguiu tirar imagens de alta resolução do cabelo e da lâmina ao realizar várias experiências de corte. Ele usou seu pra³prio cabelo, bem como os cabelos de vários de seus colegas de laboratório, representando no geral uma grande variedade de dia¢metros de cabelo.

Independentemente da espessura de um cabelo, Roscioli observou o mesmo mecanismo pelo qual o cabelo danificava uma lâmina. Assim como em seus experimentos iniciais de barbear, Roscioli descobriu que o cabelo fazia com que a borda da lâmina se lascasse, mas apenas em certos pontos.

Quando ele analisou as imagens SEM e os filmes gravados durante as experiências de corte, ele descobriu que as aparas não ocorriam quando o cabelo era cortado perpendicularmente a  lâmina. Quando o cabelo estava livre para dobrar, no entanto, era mais prova¡vel que aparecessem lascas. Esses chips geralmente são formados em locais onde a borda da lâmina encontra os lados dos fios de cabelo.

Para ver quais condições provavelmente estavam causando a formação desses chips, a equipe executou simulações computacionais nas quais modelaram uma lâmina de aa§o cortando um aºnico fio de cabelo. Ao simular cada barbear, eles alteraram certas condições, como o a¢ngulo de corte, a direção da força aplicada no corte e, o mais importante, a composição do aa§o da lâmina.

Eles descobriram que as simulações previam falha sob três condições: quando a lâmina se aproximava do cabelo em a¢ngulo, quando o aa§o da lâmina era heterogaªneo em composição e quando a borda de um fio de cabelo encontrava a lâmina em um ponto fraco de sua estrutura heterogaªnea.

Tasan diz que essas condições ilustram um mecanismo conhecido como intensificação de tensão, no qual o efeito de uma tensão aplicada a um material éintensificado se a estrutura do material possuir microfissuras. Depois que uma microcrack inicial se forma, a estrutura heterogaªnea do material permitiu que essas trincas crescessem facilmente em chips.

"Nossas simulações explicam como a heterogeneidade em um material pode aumentar o estresse sobre esse material, de modo que uma rachadura possa crescer, mesmo que o estresse seja imposto por um material macio como o cabelo ", diz Tasan.

Os pesquisadores registraram uma patente provisãoria em um processo para manipular o aa§o em uma forma mais homogaªnea, a fim de produzir lâminas mais duradouras e resistentes a cavacos.

"A ideia ba¡sica éreduzir essa heterogeneidade, enquanto mantemos a alta dureza", diz Roscioli. "Aprendemos a fazer lâminas melhores e agora queremos fazaª-lo."