p Materiais reconfiguráveis ​​podem fazer coisas incríveis. As folhas planas se transformam em um rosto. Um cubo extrudado se transforma em dezenas de formas diferentes. Mas há uma coisa que um material reconfigurável ainda não foi capaz de mudar:sua topologia subjacente. Um material reconfigurável com 100 células sempre terá 100 células, mesmo que essas células sejam esticadas ou comprimidas. p Agora, pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson desenvolveram um método para alterar a topologia fundamental de um material celular em microescala. A pesquisa é publicada em Natureza .

p "A criação de estruturas celulares capazes de mudar dinamicamente sua topologia abrirá novas oportunidades no desenvolvimento de materiais ativos com criptografia de informações, captura seletiva de partículas, bem como mecânica ajustável, propriedades químicas e acústicas, "disse Joanna Aizenberg, a Amy Smith Berylson Professora de Ciência de Materiais na SEAS e Professora de Química e Biologia Química e autora sênior do artigo.

p Os pesquisadores utilizaram a mesma física que agrupa nossos cabelos quando eles ficam molhados - a força capilar. A força capilar funciona bem em soft, material compatível, como nosso cabelo, mas luta com estruturas celulares rígidas que exigem a flexão, alongamento ou dobramento de paredes, especialmente perto de forte, nós conectados. A força capilar também é temporária, com materiais tendendo a retornar à sua configuração original após a secagem.

p A fim de desenvolver um método duradouro, mas reversível, para transformar a topologia de microestruturas celulares rígidas, os pesquisadores desenvolveram uma estratégia dinâmica de duas camadas. Eles começaram com um duro, microestrutura celular polimérica com uma topologia de rede triangular, e o expôs a gotículas de um solvente volátil escolhido para dilatar e amolecer o polímero na escala molecular. Isso tornou o material temporariamente mais flexível e neste estado flexível, as forças capilares impostas pelo líquido de evaporação uniram as bordas dos triângulos, mudando suas conexões entre si e transformando-as em hexágonos. Então, como o solvente evaporou rapidamente, o material secou e ficou preso em sua nova configuração, recuperando sua rigidez. Todo o processo demorou alguns segundos.

p "Quando você pensa em aplicativos, é muito importante não perder as propriedades mecânicas de um material após o processo de transformação, "disse Shucong Li, um estudante de graduação no Laboratório de Aizenberg e co-autor do artigo. "Aqui, mostramos que podemos começar com um material rígido e terminar com um material rígido através do processo de amolecimento temporário na fase de reconfiguração. "

p A nova topologia do material é tão durável que pode resistir ao calor ou ficar submerso em alguns líquidos por dias sem desmontar. Sua robustez, na verdade, representou um problema para os pesquisadores que esperavam tornar a transformação reversível.

p Para retornar à topologia original, os pesquisadores desenvolveram uma técnica que combina dois líquidos. O primeiro expande temporariamente a rede, que separa as paredes aderidas dos hexágonos e permite que a rede retorne à sua estrutura triangular original. O segundo, o líquido menos volátil retarda o surgimento de forças capilares até que o primeiro líquido tenha evaporado e o material tenha recuperado sua rigidez. Desta maneira, as estruturas podem ser montadas e desmontadas repetidamente e aprisionadas em qualquer configuração intermediária.

p "Para estender nossa abordagem às redes arbitrárias, era importante desenvolver um modelo teórico generalizado que conecta geometrias celulares, rigidez do material e forças capilares, "disse Bolei Deng, co-primeira autora do artigo e estudante de pós-graduação no laboratório de Katia Bertoldi, o William e Ami Kuan Danoff Professor de Mecânica Aplicada no SEAS.

p Guiado por este modelo, os pesquisadores demonstraram transformações topológicas reversíveis programadas de várias geometrias de rede e materiais responsivos, incluindo transformar uma rede de círculos em quadrados.

p Os pesquisadores exploraram várias aplicações para o estudo. Por exemplo, a equipe codificou padrões e designs no material criando minúsculos, ajustes invisíveis na geometria da estrutura triangular.

p "Você pode imaginar isso sendo usado para criptografia de informações no futuro, porque você não pode ver o padrão no material quando ele está em seu estado desmontado, "disse Li.

p Os pesquisadores também demonstraram uma transformação altamente local, montagem e desmontagem de regiões da rede com uma pequena gota de líquido. Este método pode ser usado para ajustar as propriedades de fricção e umectação de um material, mudar suas propriedades acústicas e resiliência mecânica, e até mesmo aprisionar partículas e bolhas de gás.

p "Nossa estratégia pode ser aplicada a uma variedade de aplicações, "disse Bertoldi, que também é co-autor do artigo. "Podemos aplicar este método a diferentes materiais, incluindo materiais responsivos, diferentes geometrias e diferentes escalas, até mesmo a nanoescala, onde a topologia desempenha um papel fundamental no projeto de metassuperfícies fotônicas ajustáveis. O espaço de design para isso é enorme. "