Tecnologia Científica

Engenheiros do MIT apresentam o Oreômetro
Engenheiros mecânicos colocam o recheio de creme de Oreo em uma bateria de testes para entender o que acontece quando duas bolachas são torcidas.
Por Jennifer Chu - 20/04/2022


Por que o creme do biscoito gruda em apenas uma bolacha quando torcido? Os engenheiros do MIT buscam a resposta.

Quando você abre um biscoito Oreo para chegar ao centro cremoso, está imitando um teste padrão em reologia – o estudo de como um material não newtoniano flui quando torcido, pressionado ou estressado. Os engenheiros do MIT submeteram o biscoito sanduíche a rigorosos testes de materiais para chegar ao centro de uma pergunta tentadora: por que o creme do biscoito gruda em apenas uma bolacha quando torcido?

“Existe o problema fascinante de tentar fazer com que o creme se distribua uniformemente entre as duas bolachas, o que acaba sendo muito difícil”, diz Max Fan, estudante do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT.

Em busca de uma resposta, a equipe submeteu os cookies a testes de reologia padrão no laboratório e descobriu que não importa o sabor ou a quantidade de recheio, o creme no centro de um Oreo quase sempre gruda em uma bolacha quando aberto. Apenas para caixas de biscoitos mais antigas, às vezes, o creme se separa mais uniformemente entre as duas bolachas.

Os pesquisadores também mediram o torque necessário para abrir um Oreo e descobriram que era semelhante ao torque necessário para girar uma maçaneta e cerca de 1/10 do necessário para abrir uma tampa de garrafa. O estresse de falha do creme - ou seja, a força por área necessária para fazer o creme fluir ou se deformar - é duas vezes maior do que o queijo cremoso e a manteiga de amendoim, e aproximadamente a mesma magnitude do queijo mussarela. A julgar pela resposta do creme ao estresse, a equipe classifica sua textura como “mole”, em vez de quebradiça, resistente ou emborrachada.

Então, por que o creme do biscoito fica para um lado em vez de se dividir igualmente entre os dois? O processo de fabricação pode ser o culpado.

“Vídeos do processo de fabricação mostram que eles colocam o primeiro wafer no chão, depois dispensam uma bola de creme sobre o wafer antes de colocar o segundo wafer em cima”, diz Crystal Owens, candidato a PhD em engenharia mecânica do MIT que estuda as propriedades de fluidos complexos . “Aparentemente, esse pequeno atraso pode fazer com que o creme grude melhor no primeiro wafer.”

O estudo da equipe não é simplesmente um doce desvio da pesquisa de pão com manteiga; é também uma oportunidade de tornar a ciência da reologia acessível a outros. Para esse fim, os pesquisadores projetaram um “Oreômetro” imprimível em 3D – um dispositivo simples que segura firmemente um biscoito Oreo e usa moedas e elásticos para controlar a força de torção que progressivamente torce o biscoito aberto. As instruções para o dispositivo de mesa podem ser encontradas aqui .

O novo estudo, “Sobre Oreologia, a fratura e o fluxo do 'biscoito favorito do leite'”, aparece hoje na Kitchen Flows , uma edição especial da revista Physics of Fluids . Foi concebido no início da pandemia de Covid-19, quando os laboratórios de muitos cientistas estavam fechados ou de difícil acesso. Além de Owens e Fan, os coautores são os professores de engenharia mecânica Gareth McKinley e A. John Hart.

Conexão de confecção

Um teste padrão em reologia coloca um fluido, pasta ou outro material fluido na base de um instrumento conhecido como reômetro. Uma placa paralela acima da base pode ser abaixada sobre o material de teste. A placa é então torcida conforme os sensores rastreiam a rotação e o torque aplicados.

Owens, que usa regularmente um reômetro de laboratório para testar materiais fluidos, como tintas imprimíveis em 3D, não pôde deixar de notar uma semelhança com biscoitos recheados. Como ela escreve no novo estudo:

“Cientificamente, os biscoitos recheados apresentam um modelo paradigmático de reometria de placas paralelas em que uma amostra de fluido, o creme, é mantida entre duas placas paralelas, as wafers. Quando as bolachas são giradas em sentido contrário, o creme se deforma, flui e, por fim, fratura, levando à separação do biscoito em dois pedaços.”

Embora o creme Oreo possa não parecer possuir propriedades semelhantes a fluidos, é considerado um “fluido de estresse de rendimento” – um sólido macio quando imperturbável que pode começar a fluir sob estresse suficiente, da mesma forma que pasta de dente, glacê, certos cosméticos e concreto.

Curioso para saber se outros haviam explorado a conexão entre Oreos e reologia, Owens encontrou menção a um estudo de 2016 da Universidade de Princeton, no qual os físicos relataram pela primeira vez que, ao torcer Oreos à mão, o creme quase sempre saía em uma bolacha.

“Queríamos desenvolver isso para ver o que realmente causa esse efeito e se poderíamos controlá-lo se montássemos os Oreos cuidadosamente em nosso reômetro”, diz ela.

Torção de biscoito

Em um experimento que eles repetiriam para vários biscoitos de vários recheios e sabores, os pesquisadores colaram um Oreo nas placas superior e inferior de um reômetro e aplicaram graus variados de torque e rotação angular, observando os valores que torceram cada biscoito com sucesso. . Eles conectaram as medidas em equações para calcular a viscoelasticidade do creme, ou fluidez. Para cada experimento, eles também observaram a “distribuição post-mortem” do creme, ou onde o creme acabou depois de ser aberto.

Ao todo, a equipe passou por cerca de 20 caixas de Oreos, incluindo níveis de recheio regulares, Double Stuf e Mega Stuf, e sabores regulares, chocolate amargo e wafer “dourado”. Surpreendentemente, eles descobriram que não importa a quantidade de recheio ou sabor do creme, o creme quase sempre se separava em uma bolacha.

“Esperávamos um efeito baseado no tamanho”, diz Owens. “Se houvesse mais creme entre as camadas, deveria ser mais fácil de deformar. Mas esse não é realmente o caso.”

Curiosamente, quando eles mapearam o resultado de cada biscoito para sua posição original na caixa, eles notaram que o creme tendia a grudar na bolacha virada para dentro: biscoitos no lado esquerdo da caixa torcidos de tal forma que o creme acabava na bolacha direita, enquanto os biscoitos do lado direito são separados com creme principalmente no wafer esquerdo. Eles suspeitam que essa distribuição da caixa pode ser resultado de efeitos ambientais pós-fabricação, como aquecimento ou empurrões que podem fazer com que o creme descasque ligeiramente das bolachas externas, mesmo antes de torcer.

O entendimento obtido com as propriedades do creme Oreo poderia ser aplicado ao projeto de outros materiais fluidos complexos.

“Meus fluidos de impressão 3D estão na mesma classe de materiais que o creme Oreo”, diz ela. “Então, esse novo entendimento pode me ajudar a projetar melhor a tinta quando estou tentando imprimir eletrônicos flexíveis a partir de uma pasta de nanotubos de carbono, porque eles se deformam quase exatamente da mesma maneira.”

Quanto ao biscoito em si, ela sugere que, se o interior dos wafers de Oreo fosse mais texturizado, o creme poderia agarrar melhor em ambos os lados e dividir mais uniformemente quando torcido.

“Como estão agora, descobrimos que não há truque para torcer que dividiria o creme uniformemente”, conclui Owens.

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pelo programa MIT UROP e pelo National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship Program.

 

.
.

Leia mais a seguir