Os pesquisadores do AMOLF estão estudando estruturas prismáticas tridimensionais que podem assumir diferentes formas com o objetivo de produzir metamateriais com propriedades múltiplas. Os pesquisadores descobriram uma nova maneira de simular as deformações em tais estruturas, e ao fazer isso, eles descobriram uma ampla gama de formas inesperadas. Os resultados serão publicados hoje na revista científica Nature Communications .

É uma pesquisa matemática fundamental, mas também muito tangível. Na mesa está um complexo, construção tipo origami feita de quadrados de plástico. Contudo, quando comprimido, ele se dobra e forma uma estrutura compacta mais semelhante a um bloco de apartamentos com quatro torres. As formas que a estrutura pode assumir são previstas por um novo método de cálculo desenvolvido pelos pesquisadores do AMOLF Agustin Iniguez-Rabago, Yun li e Bas Overvelde do grupo Soft Robotic Matter.

A estrutura é um modelo para um metamaterial mecânico tridimensional, que foi construído manualmente por Iniguez-Rabago. Adicionalmente, o material é multiestável, o que significa que ele pode reter várias formas sem exercer força sobre ele.

"Você ainda deve se lembrar das chamadas pulseiras Slap Wrap que você podia jogar no pulso e que eram estáveis ​​em uma forma reta e redonda, "diz o líder do grupo AMOLF Overvelde." As estruturas que investigamos mostram um comportamento semelhante, mas com muito mais possibilidades. "No entanto, nem todos os materiais com os quais os pesquisadores trabalham podem ser intuitivamente entendidos dessa maneira, diz Iniguez-Rabago. "Para algumas estruturas, não esperávamos que eles demonstrassem comportamento multiestável. Fiquei surpreso com o fato de que isso simplesmente saiu do nosso novo algoritmo de computador. "

Mini robôs

Os metamateriais têm propriedades especiais que dependem de sua forma, além do material de que são feitos. Existem muitas aplicações possíveis se os pesquisadores puderem obter uma boa compreensão de como a forma determina as propriedades. Esses materiais podem ser usados ​​como mini-robôs ou sistemas para armazenar energia, por exemplo. “Construímos estruturas em escala centimétrica para verificar se nossos cálculos estão corretos. o comportamento mecânico subjacente também deve ser aplicável em escalas muito menores ou maiores, "Overvelde diz.

Usando seu modelo, os pesquisadores conseguiram calcular grandes quantidades de modelos tridimensionais. Iniguez-Rabago diz, "Queremos saber quantas formas estáveis ​​um determinado projeto tem. Até agora, as pessoas frequentemente usavam um modelo bidimensional e tentavam descrevê-lo com a maior precisão possível. Contudo, muito mais é possível com nosso novo método de cálculo. Agora podemos investigar metamateriais tridimensionais que exibem um comportamento altamente complexo que é difícil de prever. "

Superfícies flexíveis

Os pesquisadores fizeram duas escolhas importantes para realizar as simulações. A primeira foi tornando as superfícies das estruturas um tanto flexíveis. Isso permitiu uma transição mais fácil de uma forma para outra, o que resulta em formas mais estáveis ​​por estrutura. A segunda opção era não permitir que o computador calculasse aleatoriamente todas as formas possíveis, mas apenas combinações únicas de forças aplicadas nas dobradiças. "Em certo sentido, pinçamos uma estrutura de várias maneiras e observamos se a estrutura salta para outra forma; é muito semelhante a como alguém realizaria experimentos. "Isso torna os cálculos muito mais simples." Com essa abordagem, às vezes encontramos mais de 100 formas estáveis ​​para uma estrutura, "diz Iniguez-Rabago.

Movimento controlado

Os pesquisadores verificaram suas simulações fabricando as estruturas e realizando experimentos. Agora, eles darão um passo adiante. Movendo levemente uma única dobradiça (inflando um único balão no modelo), eles podem mudar drasticamente a forma de toda a estrutura. "Podemos usar essa ideia em aplicativos posteriores, "Iniguez-Rabago explica." Com materiais responsivos, como hidrogéis, podemos construir uma estrutura em uma escala muito menor e controlar como ela se move. Esse é o nosso objetivo final. "