p Qual é a diferença entre a Torre Eiffel e o Monumento a Washington? Ambas as estruturas alcançam alturas impressionantes, e cada um era o edifício mais alto do mundo quando concluído. Mas o Monumento a Washington é uma enorme estrutura de pedra, enquanto a Torre Eiffel atinge resistência semelhante usando uma treliça de vigas de aço e escoras que são principalmente ao ar livre, ganhando força a partir do arranjo geométrico desses elementos. p Agora, os engenheiros do MIT e do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) criaram uma maneira de traduzir esse arejado, ainda notavelmente forte, estrutura até a microescala - projetando um sistema que poderia ser fabricado a partir de uma variedade de materiais, como metais ou polímeros, e isso pode estabelecer novos recordes de rigidez para um determinado peso.

p O novo design é descrito no jornal Ciência por Nicholas Fang do MIT; ex-pós-doutorado Howon Lee, agora um professor assistente na Rutgers University; pesquisador visitante Qi "Kevin" Ge; Christopher Spadaccini e Xiaoyu "Rayne" Zheng do LLNL; e outros oito.

p O projeto é baseado no uso de microlattices com recursos em nanoescala, combinando grande rigidez e resistência com densidade ultrabaixa, dizem os autores. A produção real de tais materiais é possibilitada por um processo de impressão 3-D de alta precisão denominado microstereolitografia de projeção, como resultado da colaboração de pesquisa conjunta entre os grupos Fang e Spadaccini desde 2008.

p Normalmente, Fang explica, a rigidez e a resistência diminuem com a densidade de qualquer material; é por isso que quando a densidade óssea diminui, fraturas tornam-se mais prováveis. Mas usar as estruturas certas matematicamente determinadas para distribuir e direcionar as cargas - a forma como o arranjo vertical, horizontal, e vigas diagonais servem em uma estrutura como a Torre Eiffel - a estrutura mais leve pode manter sua resistência.

p Uma agradável surpresa

p A base geométrica para tais microestruturas foi determinada há mais de uma década, Fang diz, mas levou anos para transferir essa compreensão matemática "para algo que possamos imprimir, usando uma projeção digital - para converter este modelo sólido no papel em algo que possamos segurar em nossas mãos. "O resultado foi" uma agradável surpresa para nós, " ele adiciona, desempenho ainda melhor do que o previsto.

p "Descobrimos que, para um material tão leve e esparso como o aerogel [um tipo de espuma de vidro], vemos uma rigidez mecânica comparável à da borracha sólida, e 400 vezes mais forte do que uma contraparte de densidade semelhante. Essas amostras podem facilmente suportar uma carga de mais de 160, 000 vezes o seu próprio peso, "diz Fang, Brit e Alex d'Arbeloff Professor Associado de Desenvolvimento de Carreira em Design de Engenharia. Até aqui, os pesquisadores do MIT e LLNL testaram o processo usando três materiais de engenharia - metal, cerâmica, e polímero - e todos mostraram as mesmas propriedades de serem rígidos em peso leve.

p “Este material está entre os mais leves do mundo, "Spadaccini do LLNL diz." No entanto, por causa de seu layout microarquificado, ele funciona com quatro ordens de magnitude de rigidez maior do que os materiais não estruturados, como aerogéis, em uma densidade comparável. "

p Material leve, Cargas pesadas

p Esta abordagem pode ser útil em qualquer lugar onde haja a necessidade de uma combinação de alta rigidez (para suporte de carga), força elevada, e peso leve, como em estruturas a serem implantadas no espaço, onde cada pedacinho de peso aumenta significativamente o custo de lançamento. Mas Fang diz que também pode haver aplicações em menor escala, como baterias para dispositivos portáteis, onde peso reduzido também é altamente desejável.

p Outra propriedade desses materiais é que eles conduzem ondas sonoras e elásticas de maneira muito uniforme, o que significa que eles podem levar a novos metamateriais acústicos, Fang diz, isso pode ajudar a controlar como as ondas se curvam sobre uma superfície curva.

p Outros sugeriram princípios estruturais semelhantes ao longo dos anos, como uma proposta no ano passado por pesquisadores do Centro de Bits e Átomos (CBA) do MIT para materiais que poderiam ser cortados como painéis planos e montados em células unitárias minúsculas para fazer estruturas maiores. Mas esse conceito exigiria montagem por sistemas robóticos que ainda não foram desenvolvidos, diz Fang, que discutiu este trabalho com os pesquisadores do CBA. Esta técnica, ele diz, usa tecnologia de impressão 3-D que pode ser implementada agora.