(dr) Lori K. Sanders
Uma equipa de cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT) criou um material que pode ser capaz de redefinir o conceito de impressão 3D.
A mais recente novidade na impressão 3D – os chamados “materiais 4D” – empregam a mesma técnica de fabricação, mas são projetados para se deformar ao longo do tempo, em resposta a mudanças no ambiente, como a temperatura ou a humidade.
Agora, investigadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT) criaram, com sucesso, estruturas planas que se transformam em estruturas muito mais complexas do que as anteriormente alcançadas, como o próprio rosto humano, por exemplo. Os resultados foram publicados no Proceedings of the National Academy of Sciences.
Wim van Rees, engenheiro mecânico do MIT e coautor do artigo científico, desenvolveu um método teórico para transformar uma folha fina e plana em formas complexas, como esferas, cúpulas e até um rosto humano. “O meu objetivo era começar com uma forma 3D complexa, como um rosto humano, e depois perguntar: ‘como programamos um material para que ele chegue lá?’ Este é um problema de design inverso”, explicou.
Contudo, as suas simulações originais baseavam-se numa folha de material idealizada, sem limites de expansão ou contração – o que não retrata a realidade, uma vez que todas as formas conhecidas possuem as suas próprias limitações. Este é o conhecido problema de “curvatura dupla“, descrito pela primeira vez por Carl Friedrich Gauss.
O matemático do século XIX propôs o “Therema Egregium”, em 1828, que sugere que é possível determinar a curvatura de uma superfície medindo os seus ângulos e distâncias, o que significa que a curvatura da superfície não muda quando esta é dobrada. Ainda assim, há uma ressalva: a superfície não pode esticar, encolher ou rasgar – um verdadeiro problema se tentarmos deformar uma forma plana em formas complexas com uma curvatura diferente.
O engenheiro comparou o desafio a embrulhar uma bola de futebol com papel. O papel tem uma curvatura “Gaussiana” nula, enquanto que a bola apresenta uma curvatura dupla. Ora, para a embrulhar, o papel tem de ser vincado e amassado nas laterais e na parte inferior, pelo que teria que esticar ou contrair nos lugares estratégicos, de modo a assegurar que a bola de futebol ficaria bem embrulhada.
Para resolver este problema, van Rees usou uma estrutura semelhante a um tecido, em vez de usar uma folha contínua. A equipa fez esta estrutura a partir de um material de borracha que se expande quando a temperatura aumenta. As lacunas na estrutura facilitam a adaptação do material a mudanças especialmente grandes.
Além disso, os cientistas usaram uma imagem de Gauss para criar um mapa virtual de modo a estimar quanto é que a superfície plana precisaria de se dobrar para reconfigurar uma face. Depois, criaram um algoritmo para traduzir este mecanismo no padrão correto de “costelas” neste objeto.
A equipa do MIT projetou as “costelas” – algumas protuberâncias – para crescerem a taxas diferentes na folha de tecido, capaz uma capaz de dobrar-se o suficiente para assumir a forma de um nariz, por exemplo. Segundo o Ars Technica, o material impresso foi curado num forno e arrefecido posteriormente à temperatura ambiente, num banho de água salgada. O resultado foi o formato de um rosto humano.
Este tipo de materiais que mudam de forma podem ser usados, no futuro, para fabricar tendas que se desdobram sozinhas, lentes telescópicas deformáveis, andaimes e até na robótica.
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