Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte desenvolveram uma técnica que usa luz para fazer com que folhas de plástico bidimensionais (2-D) se curvem em estruturas tridimensionais (3-D), como esferas, tubos ou tigelas.

O avanço baseia-se no trabalho anterior da mesma equipe de pesquisa, que se concentrava em estruturas 3-D auto-dobráveis. O principal avanço aqui é que, em vez de dobrar o plástico ao longo de linhas nítidas - em formas poligonais, como cubos ou pirâmides - o plástico se curva e se curva.

Pesquisadores Michael Dickey, professor de engenharia química e biomolecular na NC State, e Jan Genzer, o ilustre Professor S. Frank e Doris Culberson no mesmo departamento, foram os primeiros líderes no campo de estruturas 3-D auto-dobráveis. Em seu artigo marcante de 2011, os pesquisadores descreveram uma técnica na qual uma impressora jato de tinta convencional é usada para imprimir linhas pretas em negrito em uma folha de plástico pré-tensionada. A folha de plástico foi então cortada em um padrão desejado e colocada sob uma luz infravermelha, como uma lâmpada de calor.

As linhas impressas absorvem mais energia da luz infravermelha do que o resto do material, fazendo com que o plástico esquentasse e se contraísse - criando uma dobradiça que dobrava as folhas em formas 3-D. Variando a largura das linhas impressas, ou dobradiças, os pesquisadores foram capazes de mudar até que ponto - e com que rapidez - cada dobradiça dobra. A técnica é compatível com as técnicas de impressão comercial, como a impressão da tela, impressão rolo a rolo, e impressão a jato de tinta, que são baratos e de alto rendimento, mas inerentemente 2-D.

Mas agora eles estão usando uma abordagem semelhante para obter um resultado muito diferente.

“Ao controlar o número de linhas e a distribuição da tinta na superfície do material, podemos produzir qualquer número de formas curvas, "diz Dickey, co-autor de um artigo sobre os plásticos autocurváveis. "Todas as formas usam a mesma quantidade de tinta; é simplesmente uma questão de onde a tinta é aplicada no plástico."

“Nosso trabalho foi inspirado na natureza, porque as formas naturais raramente incorporam dobras nítidas, em vez de optar pela curvatura, "diz Amber Hubbard, um estudante de doutorado na NC State e co-autor principal do artigo. "E descobrimos que, a fim de fazer objetos funcionais, frequentemente precisávamos usar uma combinação de formas curvas e dobradas.

"Outros pesquisadores desenvolveram técnicas para a criação de materiais autocuráveis, mas eles fizeram isso usando materiais macios, como hidrogéis, "Hubbard acrescenta." Nosso trabalho é a primeira tentativa de conseguir o mesmo usando termoplásticos - que são mais fortes e rígidos do que os materiais macios. Isso os torna mais atraentes para uso na execução de algumas ações práticas, como agarrar um objeto. "

"Os materiais com que estamos trabalhando também mantêm sua forma, mesmo depois que a luz é removida, "diz Russell Mailen, um estudante de doutorado na NC State e co-autor principal do artigo. "Isso é uma vantagem, porque os materiais macios mudam de forma apenas quando expostos a um solvente, e, uma vez removidos do solvente, perdem a forma. "

Os pesquisadores também desenvolveram um modelo computacional que pode ser usado para prever a forma 3-D que será produzida por qualquer padrão de impressão.

"Um dos nossos objetivos é ajustar este modelo, que Mailen desenvolveu, "Genzer, co-autor correspondente, estados. "Em última análise, gostaríamos de poder inserir uma forma 3-D desejada no modelo e fazer com que ele crie um padrão que possamos imprimir e produzir. "

O papel, "Curvatura controlável de folhas de polímero planas em resposta à luz, "é publicado no jornal Royal Society of Chemistry Matéria Macia e foi selecionado pela revista para ser capa.