Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Massachusetts em Amherst, nos EUA, projetou uma nova substância sólida semelhante à borracha, capaz de absorver e liberar grande quantidade de energia de forma programável.

De acordo com um artigo científico publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences, que descreve a descoberta, o novo material tem uma ampla gama de aplicações, que vão desde permitir que os robôs tenham mais força sem usar energia extra até a produção de novos capacetes e materiais de proteção que podem dissipar energia muito mais rapidamente.

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“Imagine um elástico”, diz Alfred Crosby, professor de ciência e engenharia de polímeros da UMass Amherst e autor sênior do artigo. “Você o puxa e, quando você o solta, ele voa através da sala. Agora imagine um super elástico. Quando você o estende após um certo ponto, você ativa energia extra armazenada no material. Quando você solta este elástico ir, ele voa por mais de 1 km”.

Imagem: Alfred J. Crosby, Hongbo Fue e Xudong Liang – Universidade de Massachusetts Amherst

O elástico hipotético usado por Crosby no exemplo seria feito de um metamaterial projetado para ter uma propriedade não é encontrada naturalmente, ao combinar uma substância elástica, semelhante à borracha, com pequenos ímãs embutidos nele. 

Material usa mudança de fase para ampliar a quantidade de energia que é capaz de absorver ou liberar

Essa nova substância “elasto-magnética” aproveita uma propriedade física conhecida como mudança de fase para ampliar consideravelmente a quantidade de energia que o material pode liberar ou absorver.

Uma mudança de fase se dá quando um material se move de um estado para outro: como a água se transformando em vapor ou o concreto líquido endurecendo em uma calçada. Sempre que um material muda sua fase, ocorre a liberação ou a absorção de energia. As mudanças de fase não se limitam apenas a alterações entre estados líquidos, sólidos e gasosos — também pode ocorrer de uma fase sólida para outra. 

Metamaterial de transformação de fase desenvolvido por cientistas da UMass Amherst pode absorver a energia de grandes impactos ou liberar grande quantidade de energia para um movimento explosivo
Imagem: Alfred J. Crosby, Hongbo Fue e Xudong Liang — Universidade de Massachusetts Amherst

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“Para amplificar a liberação ou absorção de energia, você tem que projetar uma nova estrutura em nível molecular ou mesmo atômico”, diz Crosby. No entanto, isso é desafiador e ainda mais difícil de fazer de forma previsível. 

Crosby diz que, usando metamateriais, esses desafios foram superados. “E não só fizemos novos materiais, como também desenvolvemos os algoritmos de design que permitem que esses materiais sejam programados com respostas específicas, tornando-os previsíveis”.

“Ao incorporar pequenos ímãs no material elástico, podemos controlar as transições de fase desse metamaterial”, explicou Xudong Liang, autor principal do artigo, professor do Instituto de Tecnologia Harbin, Shenzhen (HITSZ), na China, que concluiu essa pesquisa enquanto fazia seu pós-doutorado na UMass Amherst. “E como a mudança de fase é previsível e repetível, podemos projetar o metamaterial para fazer exatamente o que queremos: absorver a energia de um grande impacto ou liberar grandes quantidades de energia para o movimento explosivo”.

Segundo os pesquisadores, esse estudo, que foi apoiado pelo Exército dos EUA e pelo HITSZ, tem aplicações em qualquer cenário onde sejam necessários impactos de alta intensidade ou respostas rápidas.

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