Material faz vibrações fluírem em um único sentido

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/10/2019

Este metamaterial robótico transmite vibrações da esquerda para a direita, mas não da direita para a esquerda - ele pode ser programado para fazer o contrário.
[Imagem: Brandenbourger et al. - 10.1038/s41467-019-12599-3]

Vibrações unidirecionais

Os materiais comuns transmitem informações e energia - desejadas e indesejadas - em todas as direções através de vibrações mecânicas.

Isso acontece em todas as escalas: A superfície da Terra durante um terremoto é um exemplo, mas o mesmo acontece com as cordas de um violão quando são tocadas ou com nossos próprios tecidos quando fazemos um exame de ultra-som.

É claro que estamos falando de materiais naturais. Mas existem também os metamateriais, materiais artificiais desenvolvidos pelo homem e projetados para apresentar propriedades que nenhum material natural apresenta.

E um material artificial que apresente uma propriedade de transmissão unidirecional de movimento teria inúmeras utilizações, por exemplo, para construir prédios mais resistentes a terremotos.

Meta-átomos robóticos

Martin Brandenbourger e colegas da Universidade de Amsterdã, nos Países Baixos, acabam de criar esse tão esperado metamaterial, uma espécie de "diodo mecânico", que faz para o movimento o que os diodos eletrônicos fazem para a corrente elétrica - deixá-lo passar num único sentido.

Na verdade trata-se de um metamaterial robótico. Cada componente deste material - comumente chamado de meta-átomo - é um pequeno robô capaz de detectar e agir sobre o comportamento de seus vizinhos por meio de ciclos de retroalimentação locais.

Esses ciclos de retroalimentação programáveis são usados para quebrar a simetria do movimento. Como resultado, um determinado meta-átomo não reage da mesma maneira ao deslocamento de seu vizinho à esquerda e ao da sua direita.

Com uma série desses componentes em sequência, o metamaterial apresenta uma propriedade única: As ondas que se propagam por ele são dissipadas - ou amortecidas - quando se propagam em uma direção, mas são amplificadas quando se propagam na direção oposta.

Detalhes dos meta-átomos que formam o material que propaga vibrações num único sentido.
[Imagem: 10.1038/s41467-019-12599-3]

Antiterremotos

Este metamaterial robótico é fundamental para o desenvolvimento de novos sistemas de guia de ondas que serão capazes de focar vibrações indesejadas para as seções mais fortes de estruturas, incluindo estruturas civis e prédios, tornando-os mais resistentes aos terremotos.

Além de viabilizar a construção de estruturas mais sólidas, a amplificação unidirecional do movimento pode ser usada para coletar energia - das ondas, das marés, eólica etc - ou realizar medições de alta qualidade sem afetar o ambiente, dizem os pesquisadores.

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