Os materiais impressos em 4D podem ser rígidos como madeira ou macios como esponja

Imagine materiais inteligentes que podem se transformar em madeira dura e macia como uma esponja – e também mudar de forma.

Os engenheiros da Rutgers University-New Brunswick criaram materiais leves e flexíveis com impressão 4D que podem levar a uma melhor absorção de impacto, asas de avião ou drones, robótica leve e pequenos dispositivos biomédicos implantáveis. Sua pesquisa é publicada na revista Materials Horizons .

A impressão 3D, também conhecida como manufatura aditiva, transforma os blueprints digitais em objetos físicos, construindo-os camada por camada. A impressão 4D é baseada nesta tecnologia, com uma grande diferença: usa materiais especiais e designs sofisticados para imprimir objetos que mudam de forma com condições ambientais como a temperatura como um gatilho, disse o autor sênior Howon Lee, um professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial. O tempo é a quarta dimensão que permite que eles se transformem em uma nova forma.

“Acreditamos que essa interação sem precedentes de ciência dos materiais, mecânica e impressão 3D criará um novo caminho para uma ampla gama de aplicações interessantes que melhorarão a tecnologia, a saúde, a segurança e a qualidade de vida”, disse Lee.

Os engenheiros criaram uma nova classe de “metamateriais” – materiais projetados para ter propriedades incomuns e contraintuitivas que não são encontradas na natureza. A palavra metamateriais é derivada da palavra grega “meta”, que significa “superior” ou “além”.

Anteriormente, a forma e as propriedades dos metamateriais eram irreversíveis quando eram fabricadas. Mas os engenheiros da Rutgers podem ajustar seus materiais de plástico com o calor, de modo que ficam rígidos quando atingidos ou se tornam macios como uma esponja para absorver o choque.

A rigidez pode ser ajustada mais de 100 vezes em temperaturas entre a temperatura ambiente (73 graus) e 194 graus Fahrenheit, permitindo um grande controle da absorção de choque. Os materiais podem ser reformulados para uma ampla variedade de propósitos. Eles podem ser temporariamente transformados em qualquer forma deformada e depois devolvidos à sua forma original sob demanda quando aquecidos.

Isso mostra como os materiais inteligentes impressos em 4D podem mudar de rigidez para suave e também mudar de forma.

Os materiais poderiam ser usados ​​em asas de aviões ou drones que mudam de forma para melhorar o desempenho, e em estruturas leves que são recolhidas para lançamentos espaciais e reformadas no espaço para uma estrutura maior, como um painel solar.

Robôs macios feitos de materiais macios, flexíveis e emborrachados, inspirados no polvo, podem ter flexibilidade ou rigidez variáveis, adaptadas ao ambiente e à tarefa em questão. Dispositivos minúsculos inseridos ou implantados em pessoas para diagnóstico ou tratamento podem ser temporariamente tornados macios e flexíveis para inserção minimamente invasiva e menos dolorosa no corpo, disse Lee.

Fonte:
Universidade Rutgers – New Jersey

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