Os novos materiais que não parecem deste mundo
Ajustar a estrutura de materiais para manipular sua aparência já é algo bastante comum. O próximo passo no mundo da física é mudar a mecânica. Ideias, projetos e amostras estão surgindo, incluindo cerâmica elástica, mantos de intocabilidade – cobrem coisas e não permitem que elas sejam sentidas – e esponjas programáveis de borracha.
Esses materiais poderiam ajudar a construir azulejos de naves espaciais ou mesmo solas de sapatos sensíveis ao terreno. “Eu acho que essa ideia dos metamateriais vai lentamente migrar para diferentes áreas”, acredita o professor Martin Wegener, do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, na Alemanha. “Originalmente, a excitação estava toda no electromagnetismo – e, em seguida, ela foi para áreas totalmente diferentes como a termodinâmica e, mais recentemente, a mecânica”.
Wegener explica que o termo “metamaterial” é aplicado a todos os tipos de designs estranhos e incríveis, sem muita consistência -, mas que, geralmente, refere-se a um caso em que propriedades incomuns aparecem, que não seriam esperadas a partir dos ingredientes originais.
Escondendo
Wegener trabalha com disfarces, mas seu objetivo não é tornar as coisas invisíveis. Ele quer escondê-las de forças físicas, e no ano passado seu laboratório produziu um material parecido com um favo de mel que torna objetos sob ele “intocáveis” (foto acima).
Este metamaterial em particular é uma estrutura sólida que atua como um fluido de determinadas maneiras, desviando a pressão em torno de sua carga escondida.
O minúsculo cilindro escondido era muito pequeno nesse caso (menos de 1mm), mas trabalhos relacionados foram usados por físicos e engenheiros franceses, que mostraram que um padrão cuidadoso de buracos poderia desviar as vibrações de terremotos. Tornando o próprio solo em uma espécie de metamaterial, o estudo poderia ir tão longe quanto proteger uma estação de energia de um tremor, por exemplo.
Programando
Bastiaan Florijn, um estudante do último ano de doutorado na Universidade de Leiden, na Holanda, apresentou o primeiro material mecanicamente “programável”.
É uma laje com aparência de borracha com surpreendentemente baixa tecnologia, perfurada com uma matriz de buracos. Mas esses furos, de dois tamanhos, são especificamente concebidos de modo que eles podem comprimir verticalmente ou lateralmente – o interruptor é controlado através da adição de uma pequena braçadeira.
O resultado final é uma espécie de esponja de grandes dimensões que pode ser dura ou mole, ou ficar entre os dois em um estágio específico.
Se ela muda para se tornar mais suave enquanto ainda está sob pressão, isso é conhecido como “rigidez negativa” – uma propriedade tão estranha que Florijn diz ainda não ter uma aplicação para ela. Mas as placas têm outra propriedade que pode ser extremamente útil: elas absorvem energia.
“Imagine um amortecedor de carro que você pode programar – por exemplo, se você está dirigindo em um bairro com uma grande quantidade de crianças pequenas, você pode querer um pára-choque muito suave”, sugere Florign. “Mas, então, se você estiver indo rápido na estrada, você quer que ele seja duro”.
Ele e seus colegas também estão conversando com empresas de calçados, que estão interessadas na produção de solas que se ajustam a terrenos diferentes.
Adaptáveis
Katia Bertoldi, da Universidade de Harvard, também estuda estranhos materiais elásticos como este, que têm uma “relação de Poisson” negativa. Isto significa que, quando você os comprime, em vez de serem esmagados para os lados e ficar tanto mais planos e mais amplos, eles na verdade diminuem em todas as direções. Quando esticados, se expandem em todas as direções. A equipe de Bertoldi projetou várias propriedades úteis em tais materiais, inclusive a absorção do som em frequências diferentes quando espremidos.
A relação de Poisson também pode afetar a fadiga em um metal – por isso ela tem trabalhado com a Rolls Royce para projetar componentes do motor com fendas complexas dentro, o que os faria suportar muito mais ciclos de compressão antes de quebrar.
Inquebráveis
A equipe do Instituto de Tecnologia da Califórnia, por sua vez, criou pequenas cerâmicas que fazem algo completamente sem precedentes: elas brotam de volta depois de serem até 50% esmagadas.
Eles utilizaram uma técnica de material que se acumula em uma camada atômica de cada vez, para criar uma rede de tubos ocos de cerâmica. As paredes do tubo têm apenas alguns nanômetros de espessura (milionésimos de milímetro) e toda a estrutura é mais fina do que um pedaço de papel. “Eu poderia ter vários na minha mão agora e você não saberia”, afirma o estudante de doutorado Lucas Meza.
Sua matéria-prima é o óxido de alumínio, que é mais forte do que o aço – mas como a maioria das cerâmicas, geralmente é terrivelmente frágil.
Com a espessura certa nas paredes do tubo, no entanto, essas pequenas amostras simplesmente se recuperam de um golpe. Elas ainda são muito pequenas para serem úteis, mas com investimento suficiente Meza está certo que a cerâmica vai encontrar um lugar no mercado, especialmente “onde nossos materiais normais não funcionam”.
Motores da nave espacial ou a jato, por exemplo, podem usar telha de cerâmica, em vez de conchas de metal, para suportar o calor. [BBC]
