Metamateriais impressos em 3D que se alongam e falham por design

Cientistas da MIT desenvolveram um framework de design para metamateriais 3D tecidos, macios e deformáveis, que podem ser impressos, simulados e ajustados conforme a necessidade.
O conceito, chamado metamateriais 3D weaving, usa blocos de construção formados por fibras entrelaçadas que se autocontatam, conferindo propriedades únicas ao material.
O framework oferece regras de design por meio de algoritmo e representação em grafos, definindo como cada fibra é posicionada e conectada, com células unidas que podem ter gradiente funcional.
Aplicações incluem roupas com sensores, têxteis para espaços aeroespaciais ou defesa, dispositivos eletrônicos flexíveis e outras peças imprimíveis.
O código de uso aberto permite criar projetos sob especificações, gerar arquivos para impressão ou simulação, com estudo publicado na Nature Communications em 26 de janeiro.

A equipe de engenharia mecânica do MIT apresentou um novo framework computacional para projetar e fabricar metamateriais macios e deformáveis. Batizados de metamateriais tridimensionais tecidos, eles combinam fibras entrelaçadas que se tocam e se enredam para conferir propriedades únicas.

O trabalho permite gerar padrões complexos de malha 3D que podem ser adaptados para uso em têxteis utilizáveis, sensores vestíveis e dispositivos eletrônicos flexíveis. O objetivo é ampliar o leque de aplicações de metamateriais, indo além de opções leves voltadas apenas a rigidez.

Os autores, liderados por Carlos Portela, publicaram os resultados em Nature Communications em 26 de janeiro. O estudo oferece um código de código aberto para que usuários criem designs sob especificações, gerem arquivos para impressão ou simulação por impressora 3D.

A pesquisa descreve regras de design em forma de algoritmo que representa a metamaterial como um grafo. As características desse grafo orientam a colocação e a conexão de cada fibra dentro da estrutura tecida.

Os blocos básicos são células unitárias entrelaçadas, funcionais por parâmetros como raio e passo das fibras. A framework permite variação espacial da flexibilidade, tornando a matéria mais macia em regiões e mais rígida em outras.

Segundo Molly Carton, autora principal, a ferramenta facilita o desenho de geometrias espaciais que mudam de forma conforme o alongamento. A pesquisadora destaca que é possível prever deformações, contato entre fibras e enovelamento dentro da malha.

Portela ressalta que o framework permite projetar falhas de forma controlada, abrindo caminho para padrões de rasgar e deformar específicos. A equipe já testou, em microscale, a fabricação de geometrias com esses comportamentos.

O estudo afirma que a ferramenta representa a primeira solução para projetar, imprimir e simular uma classe emergente de metamateriais extensíveis e resistentes. Os resultados ampliam o espaço de propriedades de metamateriais tecidas.