Um novo material inteligente e responsivo pode enrijecer como um músculo treinado, dizem os engenheiros da Iowa State University que o desenvolveram.

Force um músculo e ele fica mais forte. Estresse mecanicamente o material emborrachado - digamos, com uma torção ou uma dobra - e o material enrijece automaticamente em até 300 por cento, os engenheiros disseram. Em testes de laboratório, as tensões mecânicas transformaram uma tira flexível do material em um compósito rígido que pode suportar 50 vezes seu próprio peso.

Este novo material composto não precisa de fontes externas de energia, como calor, luz ou eletricidade para alterar suas propriedades. E pode ser usado de várias maneiras, incluindo aplicações na medicina e na indústria.

O material está descrito em artigo publicado recentemente online pela revista científica Horizontes de materiais . Os principais autores são Martin Thuo e Michael Bartlett, Professores assistentes de ciência e engenharia de materiais do estado de Iowa. Os primeiros autores são Boyce Chang e Ravi Tutika, Alunos de doutorado do estado de Iowa em ciência e engenharia de materiais. Chang também é aluno associado do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA.

Os fundos iniciais do estado de Iowa para Thuo e Bartlett apoiaram o desenvolvimento do novo material. A bolsa de estudos Black &Veatch de Thuo também ajudou a apoiar o projeto.

O desenvolvimento do material combinou a experiência da Thuo em micro-tamanhos, partículas de metal líquido com experiência de Bartlett em materiais macios, como borrachas, plásticos e géis.

É uma combinação poderosa.

Os pesquisadores descobriram um simples, forma de baixo custo de produzir partículas de metal sub-resfriado - esse metal permanece líquido mesmo abaixo de sua temperatura de fusão. As partículas minúsculas (têm apenas 1 a 20 milionésimos de metro de diâmetro) são criadas pela exposição de gotículas de metal derretido ao oxigênio, criando uma camada de oxidação que reveste as gotículas e impede que o metal líquido se torne sólido. Eles também encontraram maneiras de misturar as partículas de metal líquido com um material de elastômero de borracha sem quebrar as partículas.

Quando este material híbrido está sujeito a tensões mecânicas - empurrando, torcendo, dobrando, espremendo - as partículas de metal líquido se quebram. O metal líquido flui para fora da casca de óxido, se funde e se solidifica.

"Você pode espremer essas partículas como um balão, "Disse Thuo." Quando eles estouram, é isso que faz o metal fluir e se solidificar. "

O resultado, Bartlett disse, é uma "malha de metal que se forma dentro do material".

Thuo e Bartlett disseram que o ponto de estouro pode ser ajustado para fazer o metal líquido fluir após várias quantidades de estresse mecânico. O ajuste pode envolver a mudança do metal usado, mudando os tamanhos das partículas ou mudando o material macio.

Nesse caso, as partículas de metal líquido contêm o metal de Field, uma liga de bismuto, índio e estanho. Mas Thuo disse que outros metais vão funcionar, também.

"A ideia é que não importa o metal que você consiga colocar no undercool, você terá o mesmo comportamento, " ele disse.

Os engenheiros dizem que o novo material pode ser usado na medicina para apoiar tecidos delicados ou na indústria para proteger sensores valiosos. Também poderia haver usos em robótica soft e bioinspirada ou eletrônicos reconfiguráveis ​​e vestíveis. A Iowa State University Research Foundation está trabalhando para patentear o material e ele está disponível para licenciamento.

“Um dispositivo com este material pode flexionar até uma certa quantidade de carga, "Bartlett disse." Mas se você continuar a enfatizar isso, o elastômero vai enrijecer e parar ou diminuir essas forças. "

E essa, os engenheiros dizem, é como eles estão colocando alguns músculos em seu novo material inteligente.