Modelos de cartão de metamateriais. Crédito:AMOLF / Bas Overvelde
Durante sua pesquisa de doutorado na Universidade de Harvard, O líder do grupo AMOLF, Bas Overvelde, desenvolveu um método inteligente para projetar e investigar novos metamateriais. Para tais materiais, a microestrutura determina a função, em vez da composição molecular. O metamaterial ideal muda de forma de forma autônoma para atingir a funcionalidade desejada. Overvelde e seus colegas americanos desenvolveram um kit de ferramentas para projetar esses metamateriais que podem assumir diferentes formas de uma forma que lembra o origami. Eles publicaram sua pesquisa em 19 de janeiro de 2017 em Natureza .
No caso de muitos metamateriais, a microestrutura única é o que os torna idealmente adequados para uma tarefa específica, por exemplo, desviando ou conduzindo luz ou som, ou vibrações de amortecimento. "Nosso ideal era projetar metamateriais que pudessem assumir diferentes estruturas tridimensionais e, portanto, ter funcionalidade adaptável, "diz Bas Overvelde, doutorou-se em 2016 sob a orientação da professora Katia Bertoldi da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson.
Tipo origami
Overvelde e Bertoldi colaboraram com designers para desenvolver uma estratégia para lidar sistematicamente com o design de metamateriais reconfiguráveis. A forma básica do design é um poliedro regular, em que superfícies quadradas ou em ângulo reto são sempre colocadas nas costelas de forma que uma estrutura tridimensional surge que lembra uma forma de origami dobrada. Overvelde:"A estrutura pode se dobrar nas bordas entre duas superfícies. A relação entre a rigidez das superfícies e as linhas de dobramento determina o comportamento do metamaterial eventual e, portanto, a facilidade com que o material pode mudar de forma."
Os blocos de construção para os metamateriais que o modelo de Overvelde e seus colegas fornecem são baseados em poliedros regulares. As linhas de dobramento são menos rígidas do que as superfícies, e, como resultado, esses blocos de construção podem assumir formas diferentes. Crédito:AMOLF / Bas Overvelde
Rigidez
Os pesquisadores desenvolveram um modelo no qual usaram formas matemáticas simples para projetar uma multiplicidade de estruturas diferentes e identificar suas configurações possíveis. Para alguns metamateriais obtidos usando sua estratégia de design, os pesquisadores construíram estruturas 3-D com superfícies de papelão e linhas de dobra de fita dupla-face. Embora essas estruturas de modelo tenham como objetivo apenas ilustrar o conceito, no entanto, mostraram claramente as maneiras impressionantes pelas quais esses materiais podem mudar de forma.
"O ponto forte do nosso modelo é que ele é totalmente escalonável, "diz Overvelde." Não importa se o material final tem metros de altura ou na escala de nanômetros. Enquanto a relação entre a rigidez das superfícies e as dobradiças permanecer constante, a forma - e, portanto, a funcionalidade - muda da mesma maneira. "
A escalabilidade também significa que esses metamateriais têm muitas aplicações possíveis:desde materiais fotônicos programáveis em escala nanométrica até construções arquitetônicas com metros de altura. Overvelde:"Especialistas podem usar nosso kit de ferramentas para projetar metamateriais para sua disciplina específica."
Sensores
Após sua pesquisa de doutorado, Overvelde iniciou o grupo Soft Robotic Matter na AMOLF, onde ele está investigando ainda mais as mudanças de forma em metamateriais. "Ao usar elementos e sensores ativos, as forças que fazem com que um metamaterial mude de forma não precisam ser aplicadas externamente, mas são realizadas internamente, "ele diz." Ao combinar o conhecimento da robótica e metamateriais, podemos projetar materiais que respondem de forma ativa e não linear ao ambiente. "
