Novas estruturas leves como cortiça descortinam o futuro da engenharia

Precisamos começar este texto do Engenharia 360 explicando o conceito de “sólidos celulares” encontrados na natureza.

Estes são materiais compostos por várias células agrupadas e, mesmo assim, podem criar, por exemplo, estruturas metálicas muito mais leves.

Materiais assim, biomiméticos, têm aplicações promissoras em diversas áreas, como na Engenharia. Continue lendo para saber mais!

Quais técnicas foram utilizadas para criar as estruturas metálicas?

O avanço nesta linha de pesquisa dentro da Engenharia foi influenciada pela natureza.

A ideia é criar estruturas metálicas ultra fortes e, ao mesmo tempo, ultraleves – com a força dos metais, mas a leveza de uma cortiça – mantendo o peso e estrutura interna.

E para isso, os pesquisadores utilizam uma técnica de construção modular baseada no kirigami japonês para a produção, envolvendo a formação, dobra e montagem de muitos componentes menores em formas 3D.

Essas estruturas são feitas de interseções tridimensionais de placas.

Quais as propriedades mecânicas das estruturas metálicas criadas?

Como se pôde entender, os “sólidos celulares” encontrados na natureza são leves, rígidos e resistentes – com a forma das células influenciando nessas propriedades mecânicas.

No fim das contas, é isso que os engenheiros esperam das novas estruturas metálicas!

Portanto, é por meio do “kirigami” que se pode ajustar essas propriedades mecânicas das estruturas.

Inclusive, é até possível que diferentes áreas da estrutura se deformem de maneira controlada quando submetidas a uma carga.

O processo de fabricação pode ser usado para ajustar precisamente as propriedades mecânicas das estruturas, como rigidez, resistência e flexibilidade, codificando essas informações em um mapa de vincos e criando as tais ondulações de kirigami.

Fabricação das novas estruturas metálicas vs. impressão 3D

É importante destacar que a fabricação dessas novas estruturas metálicas se difere da impressão 3D, por exemplo.

Na verdade, esse modelo de engenharia não requer ferramentas especializadas – até porque a técnica de kirigami simplifica o processo de montagem – e, mesmo assim, ainda pode ser produzida em escala maior, com qualquer metal ou liga metálica.

Redes de placas vs. treliças metálicas

Também vale a pena fazer um comparativo entre essas redes de placas fabricadas e as treliças metálicas, sobretudo em termos de resistência e rigidez.

Primeiro as redes são mais fortes e rígidas, mantendo o peso e estrutura interna.

Depois, enquanto as treliças metálicas usam barras sólidas ou ocas, as redes de placas são estruturas celulares feitas de interseções tridimensionais de placas. Isso as torna difíceis de fabricar em larga escala usando técnicas comuns, como a impressão 3D.

“Este material é como uma cortiça de aço. É mais leve que a cortiça, mas com alta resistência e rigidez.” disse o professor Neil Gershenfeld, do MIT, cuja equipe vem trabalhando com materiais artificiais visando o conceito de “máquinas que constroem máquinas.

Só para saber, as novas estruturas metálicas criadas apresentaram uma resistência à compressão de mais de 62 quilonewtons por metro quadrado, enquanto pesavam apenas 90 quilogramas por metro quadrado – comparativamente, a cortiça pesa cerca de 100 quilogramas por metro quadrado.

Sendo assim, essas estruturas metálicas conseguiram suportar três vezes mais força do que um corrugado típico de alumínio.

As novas estruturas metálicas citadas neste texto têm aplicações promissoras em diversas áreas, devido à combinação única de suas propriedades mecânicas e à facilidade de fabricação descritas anteriormente. Listamos alguns exemplos a seguir:

• Arquitetura e Construção Civil: essas estruturas podem ser usadas na construção de edifícios, pontes e outras infraestruturas para reduzir o peso total da estrutura sem comprometer a resistência, tornando as construções mais eficientes e econômicas.
• Indústria Aeroespacial: aeronaves e espaçonaves podem se beneficiar dessas estruturas para reduzir o peso, o que pode resultar em melhor eficiência de combustível e desempenho.
• Transporte Terrestre: Veículos terrestres, como carros e trens de alta velocidade, podem usar essas estruturas para melhorar a eficiência energética e reduzir o consumo de combustível.
• Indústria Automobilística: a fabricação de carros mais leves e eficientes pode ser alcançada usando essas estruturas, o que pode levar a veículos mais econômicos em termos de combustível.
• Robótica: robôs podem se beneficiar das propriedades de leveza e força dessas estruturas, tornando-os mais ágeis e versáteis em várias aplicações, como automação industrial e resgate em situações de desastre.

expresso.arq com informações de Engenharia 360