Cubos com vazios fractais suportam choques e explosões

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/07/2020

As simulações e os experimentos mostram como as estruturas fractais de complexidade crescente dissipam melhor a energia das ondas de choque.
[Imagem: LANL]

Fractais contra impactos

É possível construir barreiras anti-impacto de alta eficiência com tijolos feitos de materiais comuns - basta inserir em seu interior uma rede de buracos vazios intricada, gerada seguindo a matemática dos fractais.

Dana Dattelbaum e seus colegas do Laboratório Los Alamos, nos EUA, esperam que seus cubos com ocos fractais possam servir para construir uma nova geração de materiais anti-impacto, como para-choques de carros, além de blindagens mais leves capazes de suportar explosões.

Materiais capazes de dispersar ondas de choque que tiram proveito de vazios interno já foram desenvolvidos no passado, mas geralmente envolvendo distribuições aleatórias dos vazios, descobertas por tentativa e erro. O controle matematicamente preciso da localização dos furos em um material, por sua vez, permite projetar, modelar e testar estruturas que funcionam para atender requisitos específicos - e funcionam sempre, de maneira reproduzível.

Dattelbaum testou suas estruturas fractais disparando contra elas um projétil a aproximadamente 1.070 quilômetros por hora. Os cubos estruturados dissiparam os choques cinco vezes melhor do que cubos sólidos do mesmo material.

Absorvedor de impactos ideal

Embora eficaz, não está claro se a estrutura fractal é mesmo o melhor design para dissipar as ondas de choque.

Os pesquisadores estão investigando outros padrões, baseados em vazios e em interfaces, em busca de estruturas ideais para dissipar choques. Para isso, eles estão trabalhando em algoritmos de otimização para orientar a fabricação de estruturas regulares e repetidas.

As aplicações potenciais podem incluir suportes estruturais e camadas de proteção para veículos, capacetes e vários outros mecanismos de proteção.

"O objetivo do trabalho é manipular as interações das ondas resultantes de uma onda de choque. Os princípios orientadores de como fazê-lo não estão bem definidos, ou certamente estão menos se comparados à deformação mecânica de materiais fabricados aditivamente. Estamos definindo esses princípios, graças às [atuais técnicas de] fabricação e design avançados em mesoescala," disse Dattelbaum.

• Material com rigidez negativa absorve impacto em 0,03 segundo

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