- MIT apresenta um framework computacional para criar metamateriais 3D entrelaçados, macios, deformáveis e com falhas projetadas, com código aberto para desenhar, imprimir ou simular.
- Os materiais são formados por células unitárias entrelaçadas que se tocam e se enroscam, conferindo propriedades únicas à materialidade.
- O framework gera um grafo que representa o metamaterial; parâmetros como raio e passo dos fios determinam a disposição e a conexão das fibras, permitindo gradientes funcionais.
- Possíveis aplicações incluem sensores vestíveis, têxteis para aeroespacial e defesa, dispositivos eletrônicos flexíveis e outros tecidos imprimíveis.
- A ferramenta permite prever deformação, contato entre fibras e padrões de rasgada, além de projetar falhas desejadas e variar geometricamente as estruturas conforme a necessidade.
Metamateriais 3D impresos podem se alongar e falhar por design, segundo um novo framework de MIT. A proposta facilita o design e a fabricação de materiais conformes, como têxteis imprimíveis e espumas funcionais, permitindo prever deformação e falhas.
O estudo apresenta metamateriais macios, chamados de metamateriais tecidos 3D, formados por blocos de fibras entrelaçadas que se tocam e se enredam, conferindo propriedades únicas.
Os pesquisadores do MIT destacam que materiais macios atendem a desafios em áreas como robótica suave, dispositivos biomédicos e vestíveis funcionais. O trabalho foi publicado em Nature Communications em 26 de janeiro, em acesso aberto.
Estrutura de design e código aberto
O núcleo é um algoritmo que representa o metamaterial como um grafo, definindo como cada fibra é posicionada e conectada. Blocos básicos são células tecido que podem receber gradientes funcionais por parâmetros como raio e espaçamento das fibras.
Segundo Molly Carton, autora principal, a framework permite variar rigidez local e forma sob alongamento, abrindo um leque de comportamentos difícil de alcançar com materiais macios convencionais. Carton é professora pesquisadora na University of Maryland.
Capacidade de prever deformação e falhas
O sistema simula a resposta de deformação, incluindo auto-contato entre fibras e emaranhamento. Com isso, é possível projetar para resistir a deformações ou rasgos de forma previsível, conforme as geometrias escolhidas.
Portela explica que a ferramenta também viabiliza a fabricação de geometrias espaciais diversas a partir de padrões de fibra. O objetivo é ampliar o espaço de propriedades de metamateriais tecelidos.
Aplicações e impacto
Entre aplicações em destaque estão sensores vestíveis que acompanham a pele, têxteis para aeroespacial e defesa, bem como dispositivos eletrônicos flexíveis. A equipe já utilizou a ferramenta para projetar e imprimir unidades de teste.
O estudo também disponibiliza código-fonte aberto para permitir que outros pesquisadores criem designs sob especificações e gerem arquivos para impressão ou simulação 3D. O trabalho envolve pesquisadores do MIT, com participação de Ling Xu, James Utama Surjadi e Bastien F. G. Aymon.
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