Os pesquisadores criaram e demonstraram um novo metamaterial vascular que pode ser reconfigurado para modificar suas propriedades térmicas e eletromagnéticas.

"Nós nos inspiramos na rede de minúsculos vasos encontrados em organismos vivos e incorporamos essa microvasculatura em um epóxi estrutural reforçado com fibras de vidro - essencialmente fibra de vidro vascularizada, "diz Jason Patrick, autor correspondente do artigo de pesquisa.

"E podemos controlar várias características do material composto, bombeando diferentes fluidos através dessa vasculatura. Essa reconfigurabilidade é atraente para aplicações que variam de aeronaves a edifícios e microprocessadores." Patrick é um professor assistente de civil, construção e engenharia ambiental na North Carolina State University.

O metamaterial é feito usando tecnologias de impressão 3D. Isso permite que os engenheiros criem redes de tubos minúsculos, conhecido como microvasculatura, em uma ampla variedade de formas e tamanhos. A microvasculatura pode ser incorporada a uma variedade de compostos estruturais, de fibra de vidro a fibra de carbono e outros materiais de alta resistência para armaduras corporais.

Em experimentos, os pesquisadores infundiram a vasculatura com uma liga de metal líquido de gálio e índio em temperatura ambiente. Isso permite que os pesquisadores controlem as propriedades eletromagnéticas do metamaterial, manipulando a arquitetura dos microvasos. Especificamente, controlando a orientação, o espaçamento e o metal líquido condutor contido na vasculatura fornecem controle sobre como o material filtra ondas eletromagnéticas específicas no espectro de radiofrequência. Esta reconfiguração tem potencial para comunicações sintonizáveis ​​e sistemas de detecção (por exemplo, RADAR, Wi-Fi) capaz de operar em diferentes partes do espectro sob demanda.

"A capacidade de reconfigurar dinamicamente o comportamento eletromagnético é realmente valiosa, particularmente em aplicações onde o tamanho, peso, e as restrições de energia incentivam fortemente o uso de dispositivos que podem realizar várias funções de comunicação e detecção dentro de um sistema, "diz o co-autor Kurt Schab, professor assistente de engenharia elétrica na Universidade de Santa Clara.

Os pesquisadores também circularam água pela mesma vasculatura e demonstraram que podiam manipular as características térmicas do material.

"Isso poderia nos ajudar a desenvolver sistemas de resfriamento ativo mais eficientes em dispositivos como veículos elétricos, aeronaves hipersônicas e microprocessadores, "Patrick diz." Por exemplo, baterias em veículos elétricos atualmente dependem de aletas de alumínio com microcanais simples para resfriamento. Acreditamos que nosso metamaterial seria tão eficaz na dissipação de calor e também poderia manter a proteção estrutural da fonte de energia - mas seria substancialmente mais leve. Além disso, A impressão 3D nos permite criar mais complexos, arquiteturas vasculares otimizadas. "

Os pesquisadores também observam que o novo metamaterial deve ser econômico, pois depende de processos de fabricação de compósitos prontamente disponíveis.

"Compósitos reforçados com fibra já estão em uso generalizado, "Patrick diz." O que estamos fazendo é fazer avanços materiais e alavancar a impressão 3D para criar uma nova classe de metamateriais multifuncionais e reconfiguráveis ​​com potencial real para escalabilidade, implementação estrutural e não deve ser proibitivamente caro. "

Qual é o próximo?

"Claramente, temos algumas aplicações em mente para este metamaterial, mas certamente existem aplicações nas quais não pensamos, "Patrick diz." Estamos abertos para trabalhar com pessoas que tenham novas idéias sobre como poderemos fazer mais uso deste novo material. "

O papel, "A Microvascular-based Multifunctional and Reconfigurable Metamaterial, "é publicado na revista Tecnologias de Materiais Avançadas .