Rolamentos e mancais inspirados na cartilagem humana

Mecnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 26/04/2021

Rolamentos inspirados na cartilagem

Engenheiros desenvolveram um material que imita a cartilagem humana – o sistema de lubrificao e absoro de choques do corpo – mas que no foi feito para implantes mdicos.

Em vez disso, o novo material promete uma nova gerao de rolamentos e mancais mais leves, mais durveis e autolubrificantes.

A cartilagem um tecido fibroso mole encontrado ao redor das articulaes que fornece proteo contra a carga compressiva gerada ao caminhar, mas tambm fornece uma camada protetora e lubrificante, permitindo que os ossos movimentem-se uns sobre os outros sem atrito.

Um dos truques da cartilagem para funcionar como amortecedor est em sua estutura porosa, preenchida pelo lquido sinovial. Sob impacto, o lquido “ejetado”, ajudando a dissipar as foras. Rapidamente ela volta ao seu estado original, reabsorvendo o lquido e ficando pronta para a repetio do ciclo – a cartilagem um material bifsico.

“Agora ns desenvolvemos um material para aplicaes de engenharia que imita algumas das propriedades mais importantes encontradas na cartilagem, e isso s foi possvel porque encontramos uma maneira de imitar a forma como a natureza o faz,” disse o professor Siavash Soltanahmadi, da Universidade de Leeds, no Reino Unido.

O polmero PDMS mantm a estrutura do hidrogel, fazendo com que ele retorne rapidamente ao formato original aps um ciclo de compresso.
[Imagem: University of Leeds]

Compresso e autolubrificao

As tentativas anteriores de desenvolver um sistema de cartilagem sinttica se concentraram no uso de hidrogis, materiais que so bons para reduzir o atrito, mas tm um desempenho ruim quando submetidos fora de compresso, demorando a voltar ao seu estado inicial.

Os pesquisadores superaram esse problema criando um material poroso sinttico feito de um hidrogel mantido em uma matriz de polidimetilsiloxano ou PDMS – um polmero base de silicone.

O comportamento de carga do hidrogel retido na matriz de PDMS foi de 14 a 19 vezes maior do que no hidrogel sozinho, dependendo do teste. O mdulo de elasticidade de equilbrio do compsito foi de 452 kPa em uma faixa de deformao de 10% a 30%, prximo aos valores da cartilagem biolgica.

Alm da capacidade de carga, o material se comporta de forma mais eficiente do que muitos sistemas tradicionais de engenharia lubrificados a leo, embora o material polimrico no resista a temperaturas to elevadas quanto os metais.

“Existem muitas aplicaes em engenharia para um material sinttico que macio mas pode suportar cargas pesadas com desgaste mnimo, como em rolamentos. H potencial em toda a engenharia para um material que se comporta como a cartilagem,” finalizou Soltanahmadi.

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