Se você já abriu um guarda-chuva ou montou uma cadeira dobrável, você usou uma estrutura implantável - um objeto que pode fazer a transição de um estado compacto para um expandido. Você provavelmente notou que tais estruturas geralmente requerem mecanismos de travamento bastante complicados para mantê-las no lugar. E, se você já tentou abrir um guarda-chuva com o vento ou dobrar uma cadeira dobrável especialmente perspicaz, você sabe que as estruturas implantáveis ​​de hoje nem sempre são confiáveis ​​ou autônomas.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson aproveitou o efeito dominó para projetar sistemas implantáveis ​​que se expandem rapidamente com um pequeno empurrão e são estáveis ​​e travados no lugar após a implantação.

A pesquisa é publicada no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS )

"Hoje, estruturas multiestáveis ​​estão sendo usadas em uma variedade de aplicações, incluindo arquiteturas reconfiguráveis, dispositivos médicos, robôs macios, e painéis solares implantáveis ​​para a indústria aeroespacial, "disse Ahmad Zareei, um pós-doutorado em Matemática Aplicada na SEAS e primeiro autor do artigo. "Usualmente, para implantar essas estruturas, você precisa de um processo de atuação complicado, mas aqui, usamos esse efeito dominó simples para criar um processo de implantação confiável. "

Falando mecanicamente, um efeito dominó ocorre quando um bloco de construção multiestável (o dominó) muda de seu estado de alta energia (em pé) para seu estado de baixa energia (deitado), em resposta a um estímulo externo como um toque de dedo. Quando o primeiro dominó é derrubado, ele transfere sua energia para seu vizinho, iniciar uma onda que muda sequencialmente todos os blocos de construção dos estados de alta para baixa energia.

Os pesquisadores se concentraram em um sistema simples de juntas biestáveis ​​ligadas por barras rígidas. Eles primeiro mostraram que, ao projetar cuidadosamente as conexões entre os links, ondas de transição poderiam se propagar por toda a estrutura - transformando a configuração reta inicial em uma curva. Então, usando esses blocos de construção, a equipe de pesquisa projetou uma cúpula implantável que poderia saltar do plano com um pequeno empurrão.

"Ser capaz de prever e programar este tipo de comportamento altamente não linear abre muitas oportunidades e tem potencial não apenas para transformar superfícies e dispositivos reconfiguráveis, mas também para propulsão em robótica suave, lógica mecânica, e absorção de energia controlada, "disse Katia Bertoldi, William e Ami Kuan Danoff, Professor de Mecânica Aplicada no SEAS e autor sênior do estudo.

O laboratório de Bertoldi também está trabalhando na compreensão e controle de ondas de transição em metamateriais mecânicos bidimensionais. Em um artigo recente, também publicado em PNAS , a equipe demonstrou um sistema 2-D no qual eles podem controlar a direção, forma, e velocidade das ondas de transição, alterando a forma ou rigidez dos blocos de construção e incorporando defeitos aos materiais.

Os pesquisadores projetaram materiais em que as ondas se moviam horizontalmente, verticalmente, diagonalmente, circularmente, e até mesmo balançava para frente e para trás como uma cobra.

"Nosso trabalho aumenta significativamente o espaço de design e a funcionalidade dos metamateriais, e abre um novo caminho para controlar as deformações dentro do material em locais desejados e velocidade, "disse Ahmad Rafsanjani, um pós-doutorado na SEAS e co-primeiro autor do artigo.

"Ondas de transição guiadas em metamateriais mecânicos multiestáveis" foi co-autoria de Lishuai Jin, Romik Khajehtourian, Jochen Mueller, Vincent Tournat, e Dennis M. Kochmann.