Impressão 4D? A união de fabricação aditiva e materiais inteligentes

Enquanto ainda estamos tentando entender sobre as possibilidades e limites da impressão tridimensional e a manufatura aditiva, mais um termo chega para o nosso vocabulário.

A impressão 4D nada mais é que uma tecnologia de fabricação digital, de impressão 3D, onde se inclui uma nova dimensão: a temporal. Isso quer dizer que o material impresso, após pronto, poderá se modificar, transformar ou se movimentar autonomamente por conta de suas propriedades intrínsecas que respondem aos estímulos do ambiente.

O conceito foi popularizado pelo pesquisador Skylar Tibbits, que dirige o Self-Assembly Lab do Massachusetts Institute of Technology (MIT), em colaboração com as empresas Stratasys e Autodesk.

A tecnologia ainda é bastante nova, mas espera-se que ela seja utilizada em muitos campos, desde a construção civil, infraestrutura, indústria automobilística e aeronáutica e até mesmo para a saúde, combinado com a bioimpressão.

A impressão 4D depende diretamente dos materiais que comporão o objeto.

Os chamados materiais inteligentes, como a pesquisadora Anna Ploszajski mostra nesta palestra, são sólidos que possuem uma propriedade, – sua forma, dimensões ou cor -, que muda em resposta a um estímulo externo, como calor, luz, umidade, pressão ou magnetismo, apenas por causa de suas propriedades materiais internas.

Segundo Anna aponta neste artigo: “O mundo material tridimensional de hoje é feito de materiais passivos e inanimados, como tijolo, aço e vidro. Estruturas quadridimensionais são feitas de materiais inteligentes (ativos e animados), que se movem de forma autônoma – inchando, encolhendo ou dobrando em reação a um estímulo – combinados com materiais passivos. Isso permite que eles se movam e mudem sem robótica, eletrônica ou motores”.

Ela cita o exemplo da pinha, como um material inteligente natural.

Resumindo seu funcionamento, duas camadas de fibras rígidas que correm em direções distintas permitem abrir ou fechar a pinha, para que as sementes só sejam liberadas quando o tempo estiver propício para a germinação no solo (quente e seco).

Quando a umidade é alta, a pinha permanece fechada, protegendo as sementes. De fato, buscar entender e replicar os complexos processos da natureza de adaptabilidade, resiliência e eficiência é algo que motiva engenheiros de materiais.

É também a força motriz da biomimética, em que a impressão 4D pode permitir materializar muitas das ideias que a tecnologia ainda não alcançou.

O principal intuito da impressão 4D é conseguir programar a matéria, fazendo-a reagir conforme os parâmetros ambientais.

Mas para que isso pode servir?

Skylar Tibbits mostra algumas experiências em curso, em que objetos, quando aquecidos ou estimulados de alguma forma, se dobram e assumem outro volume tridimensional.

Mas o pesquisador também cita as diversas outras possibilidades, como para infraestrutura.

Por exemplo, um encanamento de drenagem que possa se contrair ou se expandir conforme o fluxo de água.

Ou ainda, uma rede de esgoto que possa transportar os resíduos através de contrações e relaxamentos similares aos movimentos peristálticos do intestino, podendo vencer as inclinações do terreno.

“As aplicações futuras podem ser vistas nas indústrias de construção e manufatura ou de materiais avançados, onde as peças podem se autotransformar de matérias-primas para estruturas finais embutidas no local sem intervenção humana. Esta é realmente uma mudança radical em nossa compreensão das estruturas, que até agora permaneceram estáticas e rígidas (aeroespacial, automotiva, indústrias de construção etc.) e em breve serão dinâmicas, adaptáveis e ajustáveis para desempenho sob demanda. A impressão 4D aprimorada pela tecnologia de multimateriais pode provavelmente revolucionar nossa capacidade de controlar e programar materiais com precisão, desde a concepção da ideia até a impressão de transformações que mudam a forma”. (Skylar Tibbits | The Self-Assembly Lab, MIT)

Já há, também, pesquisas sérias Impressão 4D de materiais poliméricos para regeneração de tecidos e órgãos, ou mesmo para a reconstrução de ossos.

As possibilidades são muitas e as experimentações podem ir muito além.

Imagine tudo o que materiais inteligentes e impressão 4D poderiam proporcionar às envoltórias dos edifícios, adaptando-se ao clima e respondendo aos mais diversos estímulos.

Ainda que a tecnologia ainda esteja engatinhando e se concentre em alguns poucos laboratórios tecnológicos pelo mundo, parece que há um futuro promissor.

Quando buscamos compreender e imitar a natureza, no lugar de buscar dominá-la, os resultados geralmente são impressionantes.

Se a história mostra que não é o mais forte que sobrevive, mas o que melhor se adapta às mudanças, a impressão 4D com materiais inteligentes parece algo a se levar em conta.

expresso.arq sobre artigo de Eduardo Souza