Por favor, avalie esta postagem
Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard desenvolveram um material que muda de forma e pode assumir e manter qualquer formato possível, abrindo caminho para um novo tipo de material multifuncional que pode ser usado em uma variedade de formas. de aplicações, desde robótica e biotecnologia até arquitetura. Crédito: Harvard SEAS
Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard desenvolveram um material que muda de forma e pode assumir e manter qualquer formato possível, abrindo caminho para um novo tipo de material multifuncional que pode ser usado em uma variedade de formas. de aplicações, desde robótica e biotecnologia até arquitetura.
A pesquisa está publicada no Anais da Academia Nacional de Ciências.
“Os materiais e estruturas que mudam de forma de hoje só podem fazer a transição entre algumas configurações estáveis, mas mostramos como criar materiais estruturais que têm uma gama arbitrária de capacidades de transformação de forma”, disse L Mahadevan, professor de Matemática Aplicada da Lola England de Valpine. , de Biologia Organísmica e Evolutiva, e de Física e autor sênior do artigo. “Essas estruturas permitem o controle independente da geometria e da mecânica, estabelecendo as bases para a engenharia de formas funcionais usando um novo tipo de célula unitária morfável.”
Os investigadores do SEAS apelidaram este material de “totimórfico” devido à sua capacidade de se transformar em qualquer forma estável. Os pesquisadores conectaram células unitárias individuais com articulações naturalmente estáveis, construindo estruturas 2D e 3D a partir de células totimórficas individuais.
Um dos maiores desafios no projeto de materiais que mudam de forma é equilibrar as necessidades aparentemente contraditórias de conformabilidade e rigidez. A conformabilidade permite a transformação para novas formas, mas se for muito conforme, não poderá manter as formas de maneira estável. A rigidez ajuda a fixar o material no lugar, mas se for muito rígido, não poderá assumir novas formas.
A equipe começou com uma célula unitária neutra e estável com dois elementos rígidos, um suporte e uma alavanca, e duas molas elásticas extensíveis. Se você já viu o início de um Filme da Pixar, você viu um material neutramente estável. A cabeça da lâmpada da Pixar é estável em qualquer posição porque a força da gravidade é sempre neutralizada por molas que se esticam e comprimem de forma coordenada, independentemente da configuração da lâmpada. Em geral, sistemas neutramente estáveis, uma combinação de elementos rígidos e elásticos equilibra a energia das células, tornando cada uma delas neutramente estável, o que significa que podem transitar entre um número infinito de posições ou orientações e ser estáveis em qualquer uma delas.
Nesta célula neutramente estável, uma combinação de elementos rígidos e elásticos equilibra a energia da célula, permitindo-lhe transitar entre um número infinito de posições ou orientações e ser estável em qualquer uma delas.
“Ao ter uma célula unitária neutramente estável, podemos separar a geometria do material da sua resposta mecânica tanto a nível individual como colectivo”, disse Gaurav Chaudhary, pós-doutorando no SEAS e co-autor do artigo. “A geometria da célula unitária pode ser variada alterando tanto seu tamanho geral quanto o comprimento da biela móvel única, enquanto sua resposta elástica pode ser alterada variando a rigidez das molas dentro da estrutura ou o comprimento da célula unitária. suportes e links.
Os pesquisadores apelidaram a montagem de “materiais totimórficos” devido à sua capacidade de se transformar em qualquer forma estável. Os pesquisadores conectaram células unitárias individuais com articulações naturalmente estáveis, construindo estruturas 2D e 3D a partir de células totimórficas individuais.
Os pesquisadores usaram modelagem matemática e demonstrações do mundo real para mostrar a capacidade de mudança de forma do material. A equipe demonstrou que uma única folha de células totimórficas pode se curvar, torcer-se em uma hélice, assumir a forma de duas faces distintas e até mesmo suportar peso.
“Mostramos que podemos montar esses elementos em estruturas que podem assumir qualquer forma com respostas mecânicas heterogêneas”, disse S. Ganga Prasath, pós-doutorado no SEAS e co-autor do artigo. “Como esses materiais são baseados na geometria, eles poderiam ser reduzidos para serem usados como sensores em robótica ou biotecnologia ou poderiam ser ampliados para serem usados em escala arquitetônica.
“Todos juntos, esses totimomorfos abrem caminho para uma nova classe de materiais cuja resposta à deformação pode ser controlada em múltiplas escalas”, disse Mahadevan.
Referência: “Conjuntos totimórficos de unidades neutramente estáveis” por Gaurav Chaudhary, S. Ganga Prasath, Edward Soucy e L. Mahadevan, 19 de outubro de 2021, Anais da Academia Nacional de Ciências.
DOI: 10.1073/pnas.2107003118
A pesquisa foi co-autoria de Edward Soucy.