p Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) e o Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), Estados Unidos, desenvolveram um novo tipo de tecido de 'cota de malha' que é flexível como o tecido, mas pode endurecer sob demanda. p O tecido leve é ​​impresso em 3D de polímeros de plástico de náilon e compreende octaedros ocos (uma forma com oito faces triangulares iguais) que se interligam.

p Quando o tecido macio é embrulhado em um envelope de plástico flexível e embalado a vácuo, ele se transforma em uma estrutura rígida que é 25 vezes mais rígida ou mais difícil de dobrar do que quando relaxada. O princípio físico por trás disso é chamado de " transição de interferência ", semelhante ao comportamento de enrijecimento em sacos de arroz ou feijão embalados a vácuo.

p Conhecidos como 'tecidos estruturados vestíveis', o desenvolvimento pode abrir caminho para tecidos inteligentes de próxima geração que podem endurecer para proteger um usuário contra um impacto ou quando uma capacidade de carga adicional for necessária.

p As aplicações potenciais podem incluir coletes à prova de bala ou facada, suporte médico configurável para idosos, e exoesqueletos de proteção para esportes de alto impacto ou locais de trabalho como canteiros de obras.

p Publicado hoje em Natureza , esta pesquisa interdisciplinar resulta de uma colaboração entre especialistas em engenharia mecânica e manufatura avançada.

p Autor principal do artigo, Wang Yifan, professor assistente de Nanyang, disse que sua pesquisa tem um significado fundamental, bem como relevância industrial e que pode levar a uma nova tecnologia de plataforma com aplicações em sistemas médicos e robóticos que podem beneficiar a sociedade.

p "Com um tecido de engenharia leve e ajustável - facilmente alterável de macio para rígido - podemos usá-lo para atender às necessidades dos pacientes e da população idosa, por exemplo, para criar exoesqueletos que podem ajudá-los a se levantar, transportar cargas e ajudá-los em suas tarefas diárias, "disse o assistente do professor Wang da Escola de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da NTU, que iniciou esta pesquisa quando era pesquisador de pós-doutorado no Caltech.

p "Inspirado na antiga armadura de cota de malha, usamos partículas ocas de plástico que são interligadas para aumentar a rigidez de nossos tecidos ajustáveis. Para aumentar ainda mais a rigidez e resistência do material, agora estamos trabalhando em tecidos feitos de vários metais, incluindo alumínio, que poderia ser usado para aplicações industriais em grande escala que requerem maior capacidade de carga, como pontes ou edifícios. "

p Autor correspondente do artigo, Professora Chiara Daraio, G. Bradford Jones, professor de Engenharia Mecânica e Física Aplicada da Caltech, disse, "Queríamos fazer materiais que pudessem alterar a rigidez sob comando. Gostaríamos de criar um tecido que fosse de macio e dobrável a rígido e resistente de forma controlável."

p Um exemplo da cultura popular seria a capa do Batman no filme de 2005 Batman Begins , que geralmente é flexível, mas pode ser tornado rígido à vontade quando o cruzado de capa precisa dele como planador.

p A ciência por trás do tecido interligado

p O conceito científico por trás do tecido de rigidez variável é chamado de "transição de bloqueio". Esta é uma transição em que agregados de partículas sólidas mudam de um estado macio semelhante a fluido para um estado rígido semelhante a sólido, com um ligeiro aumento na densidade de embalagem. Contudo, as partículas sólidas típicas são geralmente muito pesadas e não fornecem resistência à tração suficiente para aplicações vestíveis.

p Em sua pesquisa, os autores projetaram partículas estruturadas - onde cada partícula é feita de molduras ocas - em forma de anéis, ovais, praças, cubos, pirâmides e diferentes formas de octaedros que são então interligados. Essas estruturas, conhecidas como estruturas topologicamente interligadas, pode, então, ser formado em malha de malha que tem uma baixa densidade e ainda alta rigidez à tração, usando tecnologia de impressão 3-D de última geração para imprimi-los como uma única peça.

p Eles então modelaram o número médio de pontos de contato por partícula e quanto cada estrutura dobrará em resposta à quantidade de tensão aplicada. A equipe descobriu que, ao personalizar a forma da partícula, houve uma troca entre quanto peso as partículas terão e quanto o tecido pode dobrar, e como equilibrar os dois fatores.

p Para adicionar uma maneira de controlar a rigidez do tecido, a equipe encapsulou o tecido da cota de malha em um envelope de plástico flexível e compactou os tecidos usando um vácuo, que aplica pressão de fora. A pressão de vácuo aumenta a densidade de embalagem do tecido, fazendo com que cada partícula tenha mais contato com suas vizinhas, resultante, para o tecido à base de octaedro, em uma estrutura 25 vezes mais rígida. Quando formado em um plano, estrutura em forma de mesa e bloqueada a vácuo no lugar, o tecido pode suportar uma carga de 1,5 kg, mais de 50 vezes o peso próprio dos tecidos.

p Em outro experimento, a equipe lançou uma pequena bola de aço (30 gramas, medindo 1,27 cm de diâmetro) na cota de malha a 3 metros por segundo. O impacto deformou o tecido em até 26 mm quando ele estava relaxado, mas por apenas 3 mm quando foi endurecido, uma redução de seis vezes na profundidade de penetração.

p Para mostrar as possibilidades de seu conceito de tecido usando diferentes materiais de origem, a equipe imprimiu em 3D a cota de malha usando alumínio e demonstrou que ela tem a mesma flexibilidade e desempenho 'macio' que o náilon quando relaxada e ainda assim pode ser 'presa' em estruturas que são muito mais rígidas em comparação com o náilon devido ao alumínio maior rigidez e resistência.

p Essas malhas de corrente metálica podem ser usadas em aplicações como armadura corporal, onde devem proteger contra impactos fortes e de alta velocidade de objetos pontiagudos. Nesse caso, o material de encapsulamento ou envelope pode ser feito de fibras de aramida, comumente conhecido como Kevlar, usado como um tecido em coletes à prova de balas.

p Seguindo em frente, a equipe está procurando melhorar o desempenho do material e do tecido de sua cota de malha e explorar mais métodos de enrijecê-la, como por meio do magnetismo, eletricidade ou temperatura.