A armadura corporal antiga tem muito em comum com a armadura corporal moderna. Ambos fornecem proteção contra armas, mas são pesados, volumoso e inflexível. A ideia básica por trás da armadura corporal não mudou muito nos últimos milhares de anos. Primeiro, a armadura impede que armas ou projéteis atinjam o corpo de uma pessoa. Segundo, ele difunde a energia da arma para que o impacto final cause menos danos. Embora não seja eficaz em todas as situações, armadura geralmente pode ajudar a proteger as pessoas de ferimentos graves ou morte, especialmente contra o armamento certo.
Ao longo dos anos, as pessoas tiveram que desenvolver armaduras mais fortes e avançadas para se proteger contra armas cada vez mais sofisticadas. Contudo, apesar dessas melhorias, a armadura corporal moderna ainda tem algumas das mesmas deficiências das antigas formas de armadura. Quer seja feito de placas de metal ou camadas de tecido, a armadura costuma ser pesada e volumosa. Muitos tipos são rígidos, então eles são impraticáveis para uso em armas, pernas e pescoços. Por esta razão, armaduras medievais de placas tinham fendas e juntas para permitir que as pessoas se movessem, e a armadura corporal usada hoje geralmente protege apenas a cabeça e o torso.
Um dos mais novos tipos de armadura corporal, no entanto, é flexível e leve. Curiosamente, essa melhoria vem da adição de líquido aos materiais de blindagem existentes. Embora não esteja totalmente pronto para o combate, pesquisas de laboratório sugerem que a armadura líquida tem o potencial de ser uma boa substituição ou suplemento para coletes mais volumosos. Eventualmente, soldados, policiais e outras pessoas podem usá-lo para proteger seus braços e pernas.
Os dois principais tipos de armadura líquida atualmente em desenvolvimento, ambos começam com uma base de DuPont Kevlar , comumente usado em coletes à prova de balas. Quando uma bala ou estilhaço atinge um colete Kevlar, as camadas de material espalham o impacto sobre uma grande área de superfície. A bala também estica as fibras de Kevlar, gastando energia e diminuindo a velocidade do processo. O conceito é semelhante ao que acontece quando o air bag de um carro espalha o impacto e retarda o movimento do torso de uma pessoa durante uma colisão.
Embora Kevlar seja um tecido, A armadura de Kevlar não se move ou cobre como as roupas. Demora entre 20 e 40 camadas de Kevlar para parar uma bala, e essa pilha de camadas é relativamente rígida. Também é pesado - um colete sozinho costuma pesar mais de 4,5 quilos, mesmo sem pastilhas de cerâmica para proteção adicional.
Dois fluidos diferentes, Contudo, pode permitir que a armadura Kevlar use muito menos camadas, tornando-o mais leve e flexível. Ambos têm uma coisa em comum - eles reagem fortemente em resposta a um estímulo. Próximo, veremos do que esses líquidos são feitos e por que eles reagem dessa maneira.
Fluido espessante de cisalhamento usado para armadura corporal líquida Foto do Sgt. Lorie Jewell / cortesia do Exército dos EUA O termo "armadura de corpo líquido" pode ser um pouco enganador. Para algumas pessoas, traz à mente a ideia de mover um fluido imprensado entre duas camadas de material sólido. Contudo, ambos os tipos de armadura líquida em desenvolvimento funcionam sem uma camada de líquido visível. Em vez de, eles usam Kevlar que foi embebido em um de dois fluidos.
O primeiro é um fluido de espessamento de cisalhamento (STF) , que se comporta como um sólido quando encontra estresse mecânico ou tesoura . Em outras palavras, ele se move como um líquido até que um objeto o golpeie ou agite com força. Então, ele endurece em alguns milissegundos. Este é o oposto de um fluido de diluição de cisalhamento , como tinta, que se torna mais fino quando é agitado ou sacudido.
Você pode ver a aparência do fluido de espessamento examinando uma solução com partes quase iguais de amido de milho e água. Se você mexer devagar, a substância se move como um líquido. Mas se você acertar, sua superfície se solidifica abruptamente. Você também pode moldá-lo em uma bola, mas quando você para de aplicar pressão, a bola se desfaz.
Veja como funciona o processo. O fluido é um colóide , feito de minúsculas partículas suspensas em um líquido. As partículas se repelem ligeiramente, portanto, eles flutuam facilmente por todo o líquido sem se aglomerar ou se depositar no fundo. Mas a energia de um impacto repentino sobrepuja as forças repulsivas entre as partículas - elas ficam juntas, formando massas chamadas hidroclusters . Quando a energia do impacto se dissipa, as partículas começam a se repelir novamente. Os hidroclusters se desfazem, e a substância aparentemente sólida reverte para um líquido.
Antes do impacto, as partículas no fluido de espessamento por cisalhamento estão em um estado de equilíbrio. Após o impacto, eles se agrupam, formando estruturas sólidas. O fluido usado na armadura é feito de sílica partículas suspensas em polietileno glicol . A sílica é um componente da areia e quartzo, e o polietilenoglicol é um polímero comumente usado em laxantes e lubrificantes. As partículas de sílica têm apenas alguns nanômetros de diâmetro, tantos relatórios descrevem este fluido como uma forma de nanotecnologia.
Para fazer armadura corporal líquida usando fluido de espessamento de cisalhamento, os pesquisadores primeiro diluem o fluido em etanol. Eles saturam o Kevlar com o fluido diluído e o colocam no forno para evaporar o etanol. O STF então permeia o Kevlar, e os fios de Kevlar mantêm o fluido cheio de partículas no lugar. Quando um objeto atinge ou esfaqueia o Kevlar, o fluido endurece imediatamente, tornando o Kevlar mais forte. O processo de endurecimento acontece em meros milissegundos, e a armadura torna-se flexível novamente depois.
Em testes de laboratório, Kevlar tratado com STF é tão flexível quanto simples, ou puro, Kevlar. A diferença é que é mais forte, então a armadura usando STF requer menos camadas de material. Quatro camadas de Kevlar tratado com STF podem dissipar a mesma quantidade de energia que 14 camadas de Kevlar puro. Além disso, As fibras tratadas com STF não esticam tanto no impacto quanto as fibras comuns, o que significa que as balas não penetram tão profundamente na armadura ou no tecido da pessoa por baixo. Os pesquisadores teorizam que isso ocorre porque é preciso mais energia para a bala esticar as fibras tratadas com STF.
Kevlar tratado após impacto de uma bala Foto cedida pelo Exército dos EUA / Fotógrafa Sgt.Lorie Jewell A pesquisa sobre coletes à base de líquido com base em STF está em andamento no Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA e na Universidade de Delaware. Pesquisadores do MIT, por outro lado, estão examinando um fluido diferente para uso em armadura corporal. Veremos sua pesquisa a seguir.
A lâmina lenta penetra no escudoA armadura com base em STF tem paralelos no mundo da ficção científica. No universo da "Duna de Frank Herbert, "um dispositivo chamado gerador de Holtzman pode produzir um escudo protetor. Somente objetos que se movem em baixa velocidade podem penetrar neste escudo. Da mesma forma, objetos que se movem lentamente afundam no fluido de espessamento sem causar o endurecimento. Em baixa velocidade, ou quase estático , testes de faca, uma faca pode penetrar no Kevlar puro e no Kevlar tratado com STF. Contudo, o Kevlar tratado com STF sofre um pouco menos de danos, possivelmente porque o fluido faz com que as fibras se colem.
Quando exposto a um campo magnético, as partículas no fluido magnetoreológico se alinham ao longo das linhas de campo. O outro fluido que pode reforçar a armadura de Kevlar é fluido magnetoreológico (MR) . Fluidos MR são óleos que estão cheios de ferro partículas. Muitas vezes, surfactantes envolvem as partículas para protegê-las e ajudar a mantê-las suspensas no fluido. Tipicamente, as partículas de ferro compreendem entre 20 e 40 por cento do volume do fluido.
As partículas são minúsculas, medindo entre 3 e 10 mícrons. Contudo, eles têm um efeito poderoso na consistência do fluido. Quando exposto a um campo magnético, as partículas se alinham, engrossando o fluido dramaticamente. O termo "magnetoreológico" vem desse efeito. A reologia é um ramo da mecânica que enfoca a relação entre a força e a forma como um material muda de forma. A força do magnetismo pode alterar a forma e a viscosidade dos fluidos MR.
O processo de endurecimento leva cerca de vinte milésimos de segundo. O efeito pode variar dramaticamente dependendo da composição do fluido e do tamanho, forma e força do campo magnético. Por exemplo, Os pesquisadores do MIT começaram com partículas esféricas de ferro, que podem passar um pelo outro, mesmo na presença do campo magnético. Isso limita o quão difícil a armadura pode se tornar, portanto, os pesquisadores estão estudando outras formas de partículas que podem ser mais eficazes.
Tal como acontece com o STF, você pode ver a aparência dos fluidos MR usando itens comuns. A limalha de ferro misturada com óleo cria uma boa representação. Quando nenhum campo magnético está presente, o fluido se move facilmente. Mas a influência de um ímã pode fazer com que o fluido se torne mais espesso ou tome uma forma diferente da de seu recipiente. As vezes, a diferença é muito dramática visualmente, com o fluido formando picos distintos, calhas e outras formas. Os artistas até usaram ímãs e fluidos MR ou ferrofluidos semelhantes para criar obras de arte.
Com a combinação certa de densidade, forma de partícula e força de campo, O fluido MR pode mudar de um líquido para um sólido muito espesso. Tal como acontece com o fluido de espessamento de cisalhamento, essa mudança pode aumentar drasticamente a resistência de uma peça de armadura. O truque é ativar a mudança de estado do fluido. Uma vez que ímãs grandes o suficiente para afetar um traje inteiro seriam pesados e impraticáveis para transportar, pesquisadores propõem a criação de minúsculos circuitos em toda a armadura.
Fluido magnetoreológico antes e depois da exposição a um campo magnético Sem corrente fluindo pelos fios, a armadura permaneceria macia e flexível. Mas ao virar do interruptor, elétrons começariam a se mover através dos circuitos, criando um campo magnético no processo. Este campo faria com que a armadura enrijecesse e endurecesse instantaneamente. Girar a chave de volta para a posição desligada interromperia a corrente, e a armadura se tornaria flexível novamente.
Além de tornar mais forte, mais leve, armadura mais flexível, tecidos tratados com fluidos de cisalhamento e magnetoreológicos também podem ter outros usos. Por exemplo, tais materiais podem criar cobertores de bomba que são fáceis de dobrar e transportar e ainda podem proteger os transeuntes de explosões e estilhaços. As botas de salto tratadas podem endurecer com o impacto ou quando ativadas, protegendo as botas dos paraquedistas. Os uniformes dos guardas prisionais podem fazer uso extensivo da tecnologia de armadura líquida, especialmente porque os guardas de armas têm maior probabilidade de encontrar objetos contundentes e lâminas caseiras.
Contudo, as tecnologias têm alguns prós e contras. Aqui está um resumo:
Nenhum tipo de armadura está totalmente pronto para uso no campo de batalha. A armadura de Kevlar tratada com STF pode estar disponível no final de 2007 [Fonte:Business Week]. O fluido de RM pode exigir mais cinco a 10 anos de desenvolvimento antes que possa interromper consistentemente os projéteis. [Fonte:Science Central]. Confira os links na próxima página para aprender mais sobre tecnologia militar, armadura corporal e tópicos relacionados.
Outros usos para fluidos MROs fluidos de RM têm vários usos, além de fortalecer a armadura corporal. Sua capacidade de mudar de líquidos para semissólidos quase que instantaneamente os torna úteis para amortecer impactos e vibrações em itens como:
Uma vez que pode mudar de forma instantânea e reversível, também pode ser usado para criar displays Braille de rolagem ou moldes reconfiguráveis.
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Fontes
