Material compressível superforte é inspirado na esponja do mar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/02/2025

A estrutura de rede biomimética (à esquerda) supera largamente o projeto padrão de favo de mel reentrante ao seu lado. À direita, o esqueleto da esponja, que serviu de inspiração para o material.
[Imagem: RMIT University]

Auxético

Aperte um objeto e ele tipicamente irá diminuir de espessura na área onde a pressão for aplicada e se estender no restante.

Mas não os materiais auxéticos, que se comportam de modo totalmente oposto a tudo o que você encontrará por aí: Em vez de se tornarem mais finos quando esticados e mais grossos quando comprimidos, os materiais auxéticos fazem o oposto, expandindo-se lateralmente quando esticados ou contraindo-se lateralmente quando comprimidos.

Isso os torna úteis para uma enorme gama de possibilidades de aplicações, da engenharia estrutural a stents cardíacos e vasculares. "Enquanto a maioria dos materiais fica mais fina quando esticada ou mais grossa quando comprimida, como a borracha, os auxéticos fazem o oposto," destacou Jiaming Ma, da Universidade RMIT, na Austrália. "Os auxéticos podem absorver e distribuir energia de impacto de forma eficaz, tornando-os extremamente úteis."

Isso já tem sido explorado em aplicações práticas, mas Ma e seus colegas queriam mais. Especificamente, a ideia era criar materiais auxéticos com maior rigidez e maior absorção de energia do que os que estão disponíveis hoje.

Eles foram encontrar uma solução no intrincado esqueleto de uma esponja marinha conhecida como Cesta de Flores de Vênus, que vive no Oceano Pacífico.

Testes e otimizações extensivas revelaram a impressionante combinação de rigidez e resistência dos padrões formados pelo esqueleto da esponja, e com um bônus adicional de apresentar a tão desejada capacidade de se esticar quando comprimido. Estava aberto o caminho para o biomimetismo.

Os protótipos foram feitos de resina em um impressora 3D, mas a equipe já está trabalhando para construir versões de aço.
[Imagem: Jiaming Ma et al. - 10.1016/j.compstruct.2024.118835]

Uso na construção civil

Imitar a esponja deu resultados melhores do que qualquer simulação computadorizada em busca de novas padronagens. Usando a mesma quantidade de material, a estrutura biomimética é 13 vezes mais rígida do que os materiais auxéticos existentes, que são baseados em projetos de favo de mel reentrantes.

"Cada rede por si só tem um comportamento de deformação tradicional, mas se você combiná-las como a natureza faz na esponja do fundo do mar, então ela se regula, mantém sua forma e supera materiais semelhantes por uma margem bastante significativa," disse Ma.

A nova estrutura também consegue absorver 10% mais energia, mantendo seu comportamento auxético com uma faixa de deformação 60% maior em comparação aos projetos existentes.

"Esta treliça auxética bioinspirada fornece a base mais sólida até agora para desenvolvermos a próxima geração de construção sustentável," disse o professor Ngoc Ha. "Nosso metamaterial auxético com alta rigidez e alta absorção de energia pode oferecer benefícios significativos em vários setores, de materiais de construção a equipamentos de proteção e equipamentos esportivos ou aplicações médicas".

A estrutura de treliça bioinspirada pode ser útil, por exemplo, em estruturas de aço para a construção civil, permitindo usar menos aço e menos concreto para atingir resultados semelhantes aos de uma armadura ou ferragem tradicional.

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