Pesquisadores da Universidade de Monash descobriram um novo motivo de design derivado da rígida cobertura externa de invertebrados que pode ajudar a criar materiais mais tolerantes a danos para futuras construções.
Em um artigo publicado na Nature Communications , Professor Wenhui Duan, do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Monash, diz que o novo padrão, somando-se aos oito padrões de projeto estrutural biológicos conhecidos e comuns, pode adicionar um motivo de alta resistência a materiais de construção comumente usados, como compósitos e cimento, e pode ajudar reduzir as emissões de carbono.

A indústria cimenteira é uma das maiores produtoras de dióxido de carbono, responsável por até 8% das emissões antrópicas mundiais desse gás; esta descoberta ajudará na redução do uso de cimento, melhorando a tolerância ao dano do material.

A equipe de pesquisa replicou o motivo do design em material de cimento, um dos materiais de construção mais consumidos no mundo. Eles adotaram uma técnica de impressão 3D combinada com nanotecnologia e inteligência artificial para fabricar um composto de cimento leve que adotou esse motivo de design segmentado, demonstrando uma capacidade de carga superior e um padrão de falha progressivo exclusivo.

"Demonstramos a aplicação deste motivo de design na produção de um material de cimento leve de alta resistência e tolerante a danos. Além disso, esse motivo de design também pode ser aplicado a vários materiais, como cerâmica, vidro, materiais poliméricos e metálicos para design de materiais avançados, energia armazenamento/conversão e estruturas arquitetônicas, em colaboração com as equipes da Universidade de Queensland e da Universidade de Manchester", diz o professor Duan.

Desde a descoberta da estrutura helicoidal em 1972, um dos padrões estruturais mais comuns na biologia, tem havido um esforço para extrair motivos de design de mais de 7 milhões de espécies vivas no mundo para ajudar na fabricação de materiais estruturados/estruturais.

Após quase 50 anos de pesquisa, repetições notáveis ​​foram confirmadas na maioria das classes de espécies, mas apenas oito categorias de motivos de design foram extraídas e adotadas em design de materiais, até agora.

A nova estrutura de design foi identificada em várias espécies, como os exoesqueletos de artrópodes, as pernas de mamíferos, anfíbios e répteis. Esses motivos de design são fontes valiosas de inspiração para o design de materiais modernos e auxiliam na fabricação de material estrutural.

"Comparado com o motivo de projeto atual, nosso motivo de projeto segmentar dissipa a energia pela rotação do segmento. A beleza do motivo de projeto descoberto é que o material pode exibir um comportamento de falha progressiva periódica única. Isso significa que podemos conter o dano dentro de uma determinada região de material, enquanto o resto da estrutura ainda pode manter a integridade e a maior parte (cerca de 80%) da capacidade de carga." + Explorar mais

O papel crucial dos motivos funcionais — unidades microestruturais que governam as funções materiais — na pesquisa de materiais