Material artificial absorve ou libera quantidades enormes de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/02/2022

O material elástico com ímãs embutidos (pólos em vermelho e azul - orientar os ímãs em diferentes direções altera a resposta do metamaterial.
[Imagem: Courtesy UMass Amherst]

Absorver ou liberar energia

Um novo material sólido, com um comportamento semelhante ao de uma borracha, mostrou uma capacidade inédita de absorver e liberar grandes quantidades de energia.

E, igualmente importante para aplicações práticas, ele é programável, o que significa que seu comportamento pode ser ajustado segundo as necessidades.

Entre as possíveis aplicações, a equipe cita desde permitir que os robôs tenham mais potência sem usar energia adicional, até novos capacetes e equipamentos de proteção individual que dissipem a energia muito mais rapidamente, aumentando o nível de proteção aos usuários.

"Imagine um elástico: Você o puxa para trás e, quando o solta, ele voa pela sala. Agora imagine um superelástico: Quando você o estica além de um certo ponto, você ativa a energia extra armazenada no material. Você solta esse elástico, ele voa por uma milha [1,6 km]," disse o professor Alfred Crosby, da Universidade de Massachusetts Amherst, nos EUA.

Ao contrário do elástico superforte, também apresentado hoje por uma equipe do MIT, aqui os pesquisadores não trabalharam com moléculas, mas com unidades muito maiores, visíveis a olho nu, formadas por um polímero já naturalmente elástico ao qual são anexados pequenos ímãs.

Essas unidades foram então conectadas para formar um metamaterial - uma substância projetada para ter uma propriedade não encontrada em materiais naturais.

Comportamento das unidades básicas do material.
[Imagem: Xudong Liang et al. - 10.1073/pnas.2118161119]

Metamaterial elasto-magnético

Este novo material "elasto-magnético" aproveita uma propriedade física conhecida como mudança de fase para amplificar significativamente a quantidade de energia que o material pode liberar ou absorver.

Uma mudança de fase ocorre quando um material se move de um estado para outro, como a água se transformando em vapor ou o cimento líquido endurecendo em uma calçada. Sempre que um material muda de fase, há uma absorção ou uma liberação de energia.

O detalhe é que as mudanças de fase não se limitam apenas a mudanças entre os estados líquido, sólido e gasoso - uma mudança pode ocorrer de uma fase sólida para outra. Ainda assim, é uma mudança de fase, que libera energia que pode ser aproveitada. Obter energia suficiente para aplicações práticas é que sempre foi a parte difícil.

A equipe foi buscar inspiração em algumas das respostas mais rápidas vistas na natureza: O fechamento das armadilhas da planta carnívora dioneia (Dionaea muscipula) e as mandíbulas das formigas.

"Nós os levamos para o próximo nível," disse Xudong Liang, do Instituto Harbin de Tecnologia, na China, responsável pela montagem do metamaterial. "Ao incorporar minúsculos ímãs no material elástico, podemos controlar as transições de fase desse metamaterial. E, como a mudança de fase é previsível e repetível, podemos engenheirar o metamaterial para que ele faça exatamente o que queremos: Absorver a energia de um grande impacto, ou liberar grandes quantidades de energia para movimentos explosivos."

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