Cientistas da Universidade Tecnola³gica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) e do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), Estados Unidos, desenvolveram um novo tipo de tecido de 'cota de malha' que éflexa­vel como o tecido, mas pode endurecer sob demanda. 

O tecido leve éimpresso em 3D de polímeros de pla¡stico de na¡ilon e compreende octaedros ocos (uma forma com oito faces triangulares iguais) que se interligam.

Quando o tecido macio éembrulhado em um envelope de pla¡stico flexa­vel e embalado a va¡cuo, ele se transforma em uma estrutura ra­gida que é25 vezes mais ra­gida ou mais difa­cil de dobrar do que quando relaxada. O princa­pio fa­sico por trás disso échamado de " transição de bloqueio ", semelhante ao comportamento de enrijecimento em sacos de arroz ou feija£o embalados a va¡cuo.

Conhecido como 'tecidos estruturados vesta­veis', o desenvolvimento pode abrir caminho para tecidos inteligentes de próxima geração que podem endurecer para proteger o usua¡rio contra um impacto ou quando uma capacidade de carga adicional énecessa¡ria.

As aplicações potenciais podem incluir coletes a  prova de bala ou facada, suporte médico configura¡vel para idosos e exoesqueletos de proteção para esportes de alto impacto ou locais de trabalho como canteiros de obras.

Publicada hoje na Nature , esta pesquisa interdisciplinar resulta de uma colaboração entre especialistas em engenharia meca¢nica e manufatura avana§ada.

O autor principal do artigo, Nanyang Assistant Professor Wang Yifan, disse que sua pesquisa tem um significado fundamental, bem como releva¢ncia industrial e que pode levar a uma nova tecnologia de plataforma com aplicações em sistemas médicos e robóticos que podem beneficiar a sociedade.

"Com um tecido projetado que éleve e ajusta¡vel - facilmente troca¡vel de macio para ra­gido - podemos usa¡-lo para atender a s necessidades dos pacientes e da população idosa, por exemplo, para criar exoesqueletos que podem ajuda¡-los a se levantar, carregar cargas e ajuda¡-los com suas tarefas dia¡rias ", disse Asst. Prof Wang da Escola de Engenharia Meca¢nica e Aeroespacial da NTU, que iniciou sua pesquisa quando era um pesquisador de pa³s-doutorado na Caltech.

"Inspirados na armadura de cota de malha antiga, usamospartículas ocas de pla¡stico que são interligadas para aumentar a rigidez de nossos tecidos ajusta¡veis. Para aumentar ainda mais a rigidez e a resistência do material, estamos trabalhando agora em tecidos feitos de vários metais, incluindo aluma­nio, que poderiam ser usados para aplicações industriais em grande escala que requerem maior capacidade de carga, como pontes ou edifa­cios. "

A autora correspondente do artigo, a professora Chiara Daraio, professor G. Bradford Jones de Engenharia Meca¢nica e Fa­sica Aplicada da Caltech, disse: "Quera­amos fazer materiais que pudessem alterar a rigidez sob comando. Gostara­amos de criar um tecido que fosse macio e dobra¡vel para ra­gido e de suporte de carga de uma forma controla¡vel. "

Um exemplo da cultura popular seria a capa do Batman no filme Batman Begins , de 2005 , que geralmente éflexa­vel, mas pode se tornar ra­gida a  vontade quando o cruzado com capa precisa dela como planador.

O conceito cienta­fico por trás do tecido de rigidez varia¡vel échamado de "transição de bloqueio". Esta éuma transição na qual agregados departículas sãolidas mudam de um estado macio semelhante a um fluido para um estado ra­gido semelhante a um sãolido, com um ligeiro aumento na densidade de empacotamento. No entanto, aspartículas sãolidas tipicas são geralmente muito pesadas e não fornecem resistência a  tração suficiente para aplicações vesta­veis.

Em sua pesquisa, os autores projetarampartículas estruturadas - onde cada parta­cula éfeita de molduras ocas - na forma de ananãis, ovais, quadrados, cubos, pira¢mides e diferentes formas de octaedros que são então interligados. Essas estruturas, conhecidas como estruturas topologicamente interligadas, podem ser formadas em uma malha de malha de baixa densidade e alta rigidez a  tração, usando a tecnologia de impressão 3-D de última geração para imprimi-las como uma única pea§a.

Eles então modelaram o número manãdio de pontos de contato por parta­cula e quanto cada estrutura dobrara¡ em resposta a  quantidade de tensão aplicada. A equipe descobriu que, ao personalizar o formato daspartículas, havia uma compensação entre quanto peso aspartículas teriam e quanto o tecido pode dobrar e como equilibrar os dois fatores.

Para adicionar uma forma de controlar a rigidez do tecido, a equipe encapsulou a cota de malha em um envelope pla¡stico flexa­vel e compactou os tecidos usando um va¡cuo, que aplica pressão de fora. A pressão do va¡cuo aumenta a densidade de empacotamento do tecido, fazendo com que cada parta­cula tenha mais contato com suas vizinhas, resultando, para o tecido a  base de octaedro, uma estrutura 25 vezes mais ra­gida. Quando formado em uma estrutura plana em forma de mesa e travado a va¡cuo no lugar, o tecido pode suportar uma carga de 1,5 kg, mais de 50 vezes o peso do pra³prio tecido.

Em outro experimento, a equipe jogou uma pequena bola de aa§o (30 gramas, medindo 1,27 cm de dia¢metro) na cota de malha a 3 metros por segundo. O impacto deformou o tecido em até26 mm quando ele foi relaxado, mas apenas 3 mm quando ele foi enrijecido, uma redução de seis vezes na profundidade de penetração.

Para mostrar as possibilidades de seu conceito de tecido usando material de origem diferente, a equipe 3-D-imprimiu a cota de malha usando aluma­nio e demonstrou que ela tem a mesma flexibilidade e desempenho 'macio' que o na¡ilon quando relaxado e ainda assim poderia ser 'preso 'em estruturas que são muito mais ra­gidas em comparação com o na¡ilon devido a  maior rigidez e resistência do aluma­nio.

Essas malhas de corrente meta¡lica podem ser usadas em aplicações como coletes a  prova de balas, onde devem proteger contra impactos fortes e de alta velocidade de objetos pontiagudos. Nesse caso, o encapsulamento ou o material do envelope podem ser feitos de fibras de aramida, comumente conhecidas como Kevlar, usadas como tecido em coletes a  prova de balas.

Seguindo em frente, a equipe estãoprocurando melhorar o desempenho do material e do tecido de sua cota de malha e explorar mais manãtodos de enrijecaª-la, como por meio de magnetismo, eletricidade ou temperatura.