Nos últimos anos, a popularidade dos metamateriais aumentou significativamente. Esses materiais não são encontrados na natureza ou feitos por meio de reações químicas, mas são projetados geometricamente no laboratório de física. Metamateriais podem ser dados especiais, muitas vezes contra-intuitivo, propriedades. Pela primeira vez, os físicos desenvolveram agora uma caixa de ferramentas para criar materiais que apresentam várias dessas propriedades simultaneamente. A pesquisa foi publicada no Proceedings of the National Academy of Sciences esta semana.

A pesquisa que levou aos novos materiais foi realizada pelo físico Aleksi Bossart, David Dykstra, Jop van der Laan e Corentin Coulais, da Universidade de Amsterdã. Usando a caixa de ferramentas, eles criaram um material que muda seu comportamento à medida que é comprimido rápida ou lentamente. Novos materiais como este podem ser muito úteis para amortecedores em carros, para materiais de construção que podem resistir a terremotos ou válvulas de pressão reguladoras de fluxo.

Materiais de design

Metamateriais são materiais projetados com propriedades extraordinárias. Essas propriedades vêm de sua estrutura geométrica, e não de sua composição química. A complexidade dos metamateriais reside em seu design, não em como eles são construídos:uma vez que a geometria correta é conhecida, uma impressora 3D geralmente é suficiente para fazer o material. Ao longo dos últimos anos, os físicos tornaram-se cada vez mais hábeis em projetar metamateriais com propriedades interessantes. Por exemplo, materiais agora podem ser projetados para serem muito leves e rígidos, ou exibir comportamento mecânico estranho - eles podem encolher lateralmente quando comprimidos, enquanto os materiais comuns se expandem, ou podem até se comportar como trocadores de forma programáveis.

Embora nem sempre seja fácil de realizar, a ideia, portanto, parece simples:se você precisa de um material com uma propriedade específica, encontre um físico inteligente para projetá-lo para você. Mas e se você precisar de um material com propriedades especiais? E se, dependendo das circunstâncias, você deseja poder alternar entre as duas propriedades?

Duas funcionalidades

Este é precisamente o tipo de questão que encontramos quando, por exemplo, em busca de materiais que possam resistir a terremotos. Esse material deve responder de forma muito diferente às pequenas vibrações que estão presentes na vida cotidiana de um edifício do que quando passasse por um choque devido a um terremoto. Com aplicativos como este em mente, Bossart, Dykstra, Van der Laan e Coulais se propuseram a projetar materiais que tenham não uma, mas múltiplas funcionalidades dentro de uma única estrutura.

Em particular, eles conseguiram criar metamateriais que podem encolher ou expandir lateralmente quando compactados, dependendo de quão rápido a força de compressão é exercida. Um exemplo desse tipo de material é mostrado na imagem acima:a chave para as funcionalidades do material está no padrão de seus furos. Quando a pressão é exercida, os furos se deformam coletivamente, mas esse comportamento coletivo é diferente quando a pressão é exercida lentamente do que quando é exercida rapidamente.

Novos metamateriais como este podem ser muito interessantes para todos os tipos de aplicações industriais. Uma aplicação seria em materiais de construção resistentes a terremotos, mas os metamateriais também podem levar a outras aplicações de absorção de energia - pense em amortecedores em carros - ou a novos dispositivos adaptáveis ​​em robótica, incluindo válvulas de pressão reguladoras de fluxo.