Manufatura biônica constrói materiais inspirados na natureza

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/10/2011

À esquerda, um protótipo de estrutura inspirada em princípios biônicos. À direita, o modelo de computador usado na fabricação da peça.
[Imagem: Fraunhofer IWM]

Materiais biomiméticos

Por mais maravilhosos e tecnologicamente avançados que possam parecer os super materiais feitos pelo homem, eles ainda ficam tímidos frente aos materiais naturais.

É difícil concorrer, por exemplo, com a flexibilidade e a leveza de um simples bambu, ou com a resistência de um osso humano.

Os ossos, por exemplo, são essencialmente uma esponja recoberta por uma capa sólida e muito compacta, o que lhes permite serem leves e suportarem grandes forças.

Um campo emergente de pesquisas, chamado manufatura biônica, está agora se aproveitando dos últimos avanços nos processos industriais para tentar imitar ou, se possível, replicar a estrutura desses tecidos biológicos.

O objetivo da manufatura biônica é criar materiais sintéticos tão eficientes quanto os materiais biológicos, aprimorados ao longo de milhões de anos pela evolução.

Manufatura biônica

"Nós nos colocamos o desafio de trabalhar de forma tão eficiente quanto a natureza: o componente final não deverá pesar mais do que o necessário e ainda ser capaz de desempenhar com segurança sua tarefa mecânica," diz o Dr. Raimund Jaeger, do Instituto Fraunhofer de Mecânica dos Materiais, na Alemanha.

O primeiro passo para alcançar esse objetivo, pelo menos no enfoque adotado pelo grupo do Dr. Jaeger, é identificar na natureza as estruturas mais adequadas à tarefa que eles têm em mente.

A seguir, o material é simulado em computador, criando um arquivo do tipo CAD que apresente o melhor equilíbrio possível entre a eficiência máxima do material natural e as possibilidades alcançáveis pelas técnicas de fabricação atuais.

O modelo é composto por células individuais, praticamente idênticas, no formato de cubos. Se as simulações mostram que a estrutura como um todo não satisfaz as exigências, os engenheiros só precisam trabalhar nas dimensões das células individuais.

Isso ocorre porque a natureza trabalha com átomos e moléculas, enquanto os processos disponíveis precisam trabalhar com materiais mais "grosseiros" - essencialmente pós de diversas granulometrias.

Materiais com gradação funcional

A construção propriamente dita dos materiais é feita por fabricação aditiva, uma técnica de sinterização a laser que vai fundindo um pó de poliamida camada por camada.

Esta é a mesma técnica usada para construir o primeiro avião impresso do mundo.

Os primeiros resultados práticos são melhores do que o esperado: nos testes de resistência, ainda que os materiais biomiméticos venham finalmente a quebrar sob uma carga excessiva, eles parecem quebrar de uma forma "benigna", segundo os engenheiros, colapsando de forma quase suave em áreas localizadas.

Isto permitirá, por exemplo, a construção de estruturas de automóveis que, no caso de um acidente, deformem-se de forma controlada, garantindo a integridade da célula de sobrevivência do veículo.

No futuro, os engenheiros alemães planejam ajustar as técnicas de fabricação aditiva para que seja possível construir os sonhados materiais com gradação funcional, que apresentarão variações em sua estrutura interna para atender de forma mais otimizada a cada necessidade em particular.