p Uma equipe de pesquisadores desenvolveu uma classe inteiramente nova de metamateriais que podem responder quase que instantaneamente e endurecer estruturas impressas 3-D quando expostas a um campo magnético, um desenvolvimento que pode ser aplicado a capacetes de última geração, armadura vestível e uma série de outras inovações. p Os "metamateriais mecânicos responsivos a campo" (FRMMs) empregam um material viscoso, fluido magneticamente responsivo que é injetado manualmente nas estruturas ocas e nas vigas de treliças impressas em 3-D. Ao contrário de outras formas de transformação ou dos chamados materiais "impressos em 4-D" (a quarta dimensão sendo o tempo), a estrutura geral do FRMM não muda. As partículas ferromagnéticas do fluido localizadas no núcleo dos feixes formam cadeias em resposta ao campo magnético que, como resultado, enrijece o fluido e a estrutura da rede. Essa resposta acontece rapidamente, em menos de um segundo. O jornal Avanços da Ciência publicou a pesquisa online hoje.

p "Neste artigo, realmente queríamos nos concentrar no novo conceito de metamateriais com propriedades ajustáveis, e embora seja um pouco mais um processo de fabricação manual, ainda destaca o que pode ser feito, e isso é o que eu acho muito empolgante, "disse a autora principal Julie (Jackson) Mancini, um engenheiro do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, que trabalha no projeto desde 2014.

p "Foi demonstrado que, por meio da estrutura, metamateriais podem criar propriedades mecânicas que às vezes não existem na natureza ou podem ser altamente projetados, mas depois de construir a estrutura, você fica preso a essas propriedades, "Mancini disse." Uma próxima evolução desses metamateriais é algo que pode adaptar suas propriedades mecânicas em resposta a um estímulo externo. Esses existem, mas eles respondem mudando de forma ou cor e o tempo que leva para obter uma resposta pode ser da ordem de minutos ou horas. Com nossos FRMM's, a forma geral não muda e a resposta é muito rápida, que o diferencia desses outros materiais. "

p Mancini começou o trabalho na Universidade da Califórnia Davis sob a orientação de seu orientador de mestrado, materiais e professor de engenharia Ken Loh, que agora está na Universidade da Califórnia em San Diego. Loh disse que o conceito foi parcialmente inspirado em sistemas de suspensão automotivos e começou procurando maneiras de desenvolver uma armadura flexível capaz de se transformar ou mudar suas propriedades mecânicas conforme necessário.

p "Um dos critérios é conseguir uma resposta rápida, e campos magnéticos e materiais de RM oferecem essa capacidade, "disse Loh, professor do Departamento de Engenharia Estrutural da Escola de Engenharia Jacobs da UC San Diego.

p Loh disse que os pesquisadores buscarão novas maneiras de desenvolver um material monofásico, em vez de ter um líquido embutido no sólido, e maiores taxas de desempenho em relação ao peso, acrescentando que o trabalho futuro "pode ​​levar a novas tecnologias, como uma armadura flexível para o guerreiro que enrijece instantaneamente quando uma ameaça é detectada. "

p Os pesquisadores injetaram um fluido magnetoreológico (MR) em estruturas de rede vazadas construídas na plataforma de Microstereolitografia de Projeção de Grandes Áreas (LAPµSL) do LLNL, que 3-D imprime objetos com características em microescala em áreas amplas usando luz e uma resina de polímero fotossensível. A nova forma de metamaterial ajustável dinamicamente deve muito de seu sucesso à máquina LAPµSL, Mancini disse, porque as estruturas de rede tubular complexas tiveram que ser fabricadas com paredes finas em relação ao tamanho total da estrutura, e capaz de manter o fluido contido enquanto suporta a pressão gerada durante o processo de enchimento e a resposta a um campo magnético.

p Uma vez que o fluido magneticamente responsivo está dentro das estruturas de rede, a aplicação de um campo magnético externo faz com que o fluido enrijeça e as estruturas impressas em 3-D gerais posteriormente enrijeçam quase instantaneamente. A mudança é facilmente reversível e altamente ajustável, variando a força do campo magnético aplicado, pesquisadores disseram.

p "O que é realmente importante é que não é apenas uma resposta intermitente, ajustando a força do campo magnético aplicada, podemos obter uma ampla gama de propriedades mecânicas, "Mancini disse." A ideia de on-the-fly, a capacidade de ajuste remota abre a porta para muitas aplicações. "

p Mancini disse que a tecnologia pode ser útil para absorção de impacto, por exemplo, assentos automotivos podem ter metamateriais responsivos a fluidos integrados junto com sensores para detectar um acidente, e os assentos enrijeceriam com o impacto, reduzindo potencialmente o movimento do passageiro que pode causar chicotada. Também pode ser aplicado a capacetes ou suspensórios de pescoço de última geração, invólucro para componentes ópticos e robótica suave, entre muitas outras aplicações.

p Para prever como as estruturas de rede preenchidas com fluido de MR responderiam a um campo magnético aplicado, O ex-pesquisador do LLNL Mark Messner (agora engenheiro do Laboratório Nacional de Argonne) desenvolveu um modelo a partir de testes de suporte único.

p Começando com um modelo que ele desenvolveu no LLNL prevendo as propriedades mecânicas de materiais estruturados em rede estática não sintonizável, Messner adicionou uma representação de como o fluido MR afeta um único membro da rede sob um campo magnético e incorporou o modelo de uma única haste em designs para células unitárias e redes. De lá, ele foi capaz de calibrar o modelo para experimentos que Mancini realizou em tubos cheios de fluido semelhantes às escoras nas redes. A equipe usou o modelo para otimizar a topologia da rede, encontrar as estruturas que resultariam em grandes mudanças nas propriedades mecânicas conforme o campo magnético fosse variado.

p "Observamos a rigidez elástica, mas o modelo (ou modelos semelhantes) pode ser usado para otimizar diferentes estruturas de rede para diferentes tipos de objetivos, "Messner disse." O espaço de projeto de possíveis estruturas de treliça é enorme, então o modelo e o processo de otimização nos ajudaram a escolher as estruturas prováveis ​​com propriedades favoráveis ​​antes da impressão (Mancini), preenchidas, e testamos os espécimes reais, que é um processo demorado. "

p Mancini disse que ela e sua equipe continuarão trabalhando em estruturas de impressão com fluido responsivo de campo magnético integrado para eliminar o estágio de enchimento manual, e no aumento do tamanho geral das estruturas.