Metamateriais têm propriedades que dependem de sua forma e arquitetura. Pesquisadores da AMOLF, A Universidade de Leiden e a Universidade de Tel Aviv encontraram uma nova maneira de projetar esses metamateriais e suas propriedades incorporando deliberadamente pequenos erros. Eles publicaram seus resultados em Física da Natureza .

Qual é a diferença entre uma folha de papel e uma bola de papel amassada? Ambos são feitos do mesmo material, mas uma folha de papel é plana e flexível, enquanto uma bola amassada é rígida e esférica. Então, amassando uma folha de papel, muda suas propriedades. "Chamamos o papel de metamaterial mecânico:ao mudar sua forma, o material adquire propriedades diferentes, "diz Anne Meeussen. Mas como, exatamente, muda a forma para obter propriedades peculiares?

Apresentando erros

A última ideia vem de uma colaboração entre AMOLF, Universidade de Leiden e Universidade de Tel Aviv. Anne Meeussen, Erdal Oğuz, Yair Shokef e Martin van Hecke investigaram a incorporação deliberada de um pequeno erro em um material, uma imperfeição topológica, para observar seus efeitos. “Construímos uma estrutura que mostra um comportamento peculiar quando não é pressionada em nenhuma delas, mas dois pontos. Fazendo isso, você pode direcionar forças e deformações para locais diferentes. Esse material pode ser usado para aplicações onde as forças internas e as deformações devem ser coordenadas. Eles variam de solas de sapatos e próteses a robôs macios. "

Pequenos erros em um material influenciam suas propriedades. Contudo, a inserção controlada de um pequeno erro em um metamaterial não é tão simples. A equipe desenvolveu um material plano feito de peças triangulares de quebra-cabeça cujos lados podem se tornar côncavos ou convexos. Usando uma impressora 3D, os pesquisadores fizeram uma versão real do material teórico:um tapete de pequenas hastes unidas por dobradiças flexíveis. Isso permitiu que sentissem o que acontece quando a estrutura é comprimida. Em um material perfeito, as peças do quebra-cabeça se encaixam perfeitamente, de modo que os lados côncavos só sejam encontrados próximos aos lados convexos. Quando os dois lados são pressionados, o tapete deforma-se facilmente e é macio.

Efeitos peculiares

Mas o que acontece se você girar uma fileira de peças do quebra-cabeça de modo que elas não se encaixem mais? "Chamamos isso de imperfeição topológica, "explica Meeussen." Você não pode simplesmente resolver essa imperfeição girando uma única peça do quebra-cabeça. "No metamaterial que Meeussen projetou, tal imperfeição topológica tem consequências incomuns. Espremer o material imperfeito dos dois lados produz uma metade macia que deforma e uma metade dura que permanece rígida. Apertar em pontos ligeiramente diferentes faz com que as metades mudem:o macio se torna duro e o duro se torna macio.

Meeussen diz, "Esse efeito assimétrico de uma imperfeição topológica nunca foi demonstrado anteriormente. Nós descobrimos como incorporar essas imperfeições de forma controlada, e formulamos regras gerais para isso. Portanto, todos podem trabalhar com este conceito. É uma nova maneira de olhar para metamateriais mecânicos, porque aplicamos conceitos de matéria condensada e matemática. É empolgante ver que há interesse em nossos resultados em todas essas disciplinas. "