Depois dos materiais artificiais, vm a os lquidos artificiais

Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 24/04/2024

Materiais artificiais slidos e lquidos

Pesquisadores da Universidade de Harvard, nos EUA, desenvolveram um metafluido programvel com elasticidade, propriedades pticas e viscosidade ajustveis – ele tem at mesmo a capacidade de transio entre um fluido newtoniano e um fluido no newtoniano.

Metafluidos so fluidos artificiais, projetados para a funo que se deseja deles. um campo emergente, o complemento que faltava aos metamateriais, materiais artificialmente projetados cujas propriedades so determinadas pela sua estrutura, e no pela sua composio qumica. Os metamateriais tm sido amplamente utilizados em diversas aplicaes h anos, mas eles so tipicamente slidos.

“Ao contrrio dos metamateriais slidos, os metafluidos tm a capacidade nica de fluir e se adaptar ao formato do seu recipiente,” comparou a pesquisadora Katia Bertoldi. “Nosso objetivo era criar um metafluido que no apenas possusse esses atributos notveis, mas tambm fornecesse uma plataforma para viscosidade, compressibilidade e propriedades pticas programveis.”

Metafluido

O primeiro fluido artificial do seu tipo – talvez parea estranho, mas tambm existem metafluidos slidos – consiste em uma suspenso de pequenas esferas de elastmero, entre 50 e 500 micrmetros de dimetro, que se curvam sob presso, alterando radicalmente as caractersticas do fluido.

O metafluido pode ser usado em tudo, desde atuadores hidrulicos e para programar robs, at amortecedores inteligentes, que podem dissipar energia dependendo da intensidade do impacto, ou dispositivos pticos que faam a transio de transparente para opaco.

“Estamos apenas arranhando a superfcie do que possvel com esta nova classe de fluido,” disse o pesquisador Adel Djellouli. “Com esta plataforma, voc pode fazer muitas coisas diferentes em muitos campos diferentes.”

Detalhe do metafluido mudando de fase – algumas esferas ainda esto intactas, outras j assumiram o formato hemisfrico.
[Imagem: Adel Djellouli/Harvard SEAS]

Fluido responsivo

A equipe produziu centenas de milhares de cpsulas esfricas altamente deformveis, cheias de ar, e as colocou em suspenso em leo de silcio – a tcnica de fabricao foi desenvolvida no laboratrio, mas facilmente escalonvel para fabricao em larga escala.

Quando a presso dentro do lquido aumenta, as cpsulas colapsam, formando uma meia esfera semelhante a uma lente. Quando essa presso removida, as cpsulas voltam sua forma esfrica.

Essa transio aparentemente inocente altera muitas das propriedades do lquido, incluindo a sua viscosidade e sua opacidade. Essas propriedades podem ser ajustadas simplesmente alterando a presso, mas a mudana de fase tambm pode ser controlada alterando o nmero, a espessura e o tamanho das cpsulas no lquido.

Os pesquisadores demonstraram a programabilidade do lquido carregando o metafluido em uma pina robtica hidrulica e fazendo com que a pina pegasse uma garrafa de vidro, um ovo e um mirtilo. Em um sistema hidrulico tradicional, alimentado por ar ou gua, o rob precisaria de algum tipo de sensoriamento ou controle externo para poder ajustar sua aderncia e pegar todos os trs tipos de objetos sem esmag-los.

Mas, com o metafluido, nenhuma deteco necessria: O prprio lquido responde a diferentes presses, alterando a sua conformidade para ajustar a fora da pina e pegar a garrafa pesada, um ovo e o mirtilo, sem qualquer programao adicional.

O mtodo de fabricao do metafluido simples e pode ser ampliado facilmente.
[Imagem: Adel Djellouli et al. – 10.1038/s41586-024-07163-z]

Mltiplas aplicaes

A equipe demonstrou tambm a programabilidade do fluido artificial, usando-o para construir uma porta lgica fludica que pode ser reprogramada alterando o metafluido.

A presso tambm pode ser usada para alterar as propriedades pticas do metafluido. Quando as cpsulas so redondas, elas espalham a luz, tornando o lquido opaco, assim como as bolhas de ar fazem a gua gaseificada parecer branca. Mas, quando se aplica presso as cpsulas colapsam, passando a funcionar como microlentes, focando a luz e tornando o lquido transparente. Essas propriedades pticas podem ser usadas para uma variedade de aplicaes, como tintas que mudam de cor com base na presso.

Alm disso, quando as cpsulas so esfricas, o metafluido se comporta como um fluido newtoniano, o que significa que sua viscosidade s muda em resposta temperatura. No entanto, quando as cpsulas colapsam, a suspenso transforma-se em um fluido no newtoniano, o que significa que a sua viscosidade mudar em resposta fora de cisalhamento – quanto maior a fora de cisalhamento, mais fluido ele se torna. Este o primeiro metafluido a demonstrar a transio entre estados newtonianos e no newtonianos.

A seguir, os pesquisadores pretendem explorar as propriedades acsticas e termodinmicas do metafluido.

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