Nos últimos 20 anos, cientistas têm desenvolvido metamateriais, ou materiais que não ocorrem naturalmente e cujas propriedades mecânicas resultam de sua estrutura projetada, e não de sua composição química. Eles permitem que os pesquisadores criem materiais com propriedades e formas específicas. Metamateriais ainda não são amplamente utilizados em objetos do cotidiano, mas isso pode mudar em breve. Tian Chen, um pós-doutorado em dois laboratórios da EPFL - Laboratório de Estruturas Flexíveis, liderado por Pedro Reis, e o Laboratório de Computação Geométrica, liderado por Mark Pauly - levou os metamateriais um passo adiante, desenvolver um cujas propriedades mecânicas podem ser reprogramadas após o material ter sido feito. Sua pesquisa aparece em Natureza .

Um único material com várias funções mecânicas

"Eu me perguntei se havia uma maneira de alterar a geometria interna da estrutura de um material depois que ele foi criado, "diz Chen." A ideia era desenvolver um único material que pudesse exibir uma gama de propriedades físicas, como rigidez e força, para que os materiais não tenham que ser substituídos todas as vezes. Por exemplo, quando você torce o tornozelo, inicialmente você tem que usar uma tala rígida para manter o tornozelo no lugar. Então, enquanto ele cura, você pode mudar para um mais flexível. Hoje você tem que substituir toda a tala, mas a esperança é que um dia, um único material pode servir a ambas as funções. "

Silício e pó magnético

O metamaterial de Chen é feito de silício e pó magnético e tem uma estrutura complicada que permite que as propriedades mecânicas variem. Cada célula dentro da estrutura se comporta como um interruptor elétrico. "Você pode ativar e desativar células individuais aplicando um campo magnético. Isso modifica o estado interno do metamaterial, e, conseqüentemente, suas propriedades mecânicas, "diz Chen. Ele explica que seu material programável é análogo a dispositivos de computador como discos rígidos. Esses dispositivos contêm bits de dados que podem ser gravados e lidos em tempo real. As células em seu metamaterial programável, chamados m-bits, funcionam como os bits em um disco rígido - eles podem ser ligados, tornando o material mais rígido, ou desligado, tornando-o mais flexível. E os pesquisadores podem programar várias combinações de ativação e desativação para dar ao material exatamente as propriedades mecânicas de que precisam em um determinado momento.

Para desenvolver seu material, Chen baseou-se em métodos tanto da ciência da computação quanto da engenharia mecânica. "É isso que torna seu projeto tão especial, "diz Pauly. Chen também gastou uma quantidade considerável de tempo testando seu material em cada um de seus diferentes estados. Ele descobriu que poderia de fato ser programado para atingir vários graus de rigidez, deformação e resistência.

Muitos horizontes de pesquisa

Metamateriais programáveis ​​são semelhantes a máquinas, como robôs, que empregam complicado, mecanismos eletrônicos de uso intensivo de energia. Com sua pesquisa, Chen visa encontrar o equilíbrio certo entre materiais estáticos e máquinas. Reis vê um grande potencial para pesquisas futuras usando a tecnologia de Chen. "Poderíamos projetar um método para a criação de estruturas 3-D, já que o que fizemos até agora é apenas 2-D, "Reis diz." Ou poderíamos encolher a escala para fazer metamateriais ainda menores. "A descoberta de Chen marca um passo fundamental à frente, pois é a primeira vez que cientistas desenvolveram um metamaterial mecânico verdadeiramente reprogramável. Ele abre muitos caminhos interessantes para pesquisas e aplicações industriais de ponta.