Esponja-do-mar inspira material que poderá melhorar a arquitetura e a conceção de produtos

Inspirados na humilde esponja das profundezas do mar, os engenheiros da Universidade RMIT desenvolveram um novo material com uma notável resistência à compressão e rigidez que poderá melhorar a arquitetura e a conceção de produtos.

O desenho da rede dupla foi inspirado no esqueleto intrincado de uma esponja das profundezas do mar, conhecida como cesto de flores de Vénus, que vive no Oceano Pacífico.

O autor principal do mais recente estudo da RMIT sobre a estrutura, Jiaming Ma, afirma que testes e otimizações exaustivos revelaram a impressionante combinação de rigidez e resistência do padrão, juntamente com uma capacidade de contração quando comprimido.

É este último aspeto – conhecido como comportamento auxético – que abre toda uma gama de possibilidades de aplicação do design na engenharia estrutural e noutras aplicações.

“Enquanto a maioria dos materiais fica mais fina quando esticada ou mais gorda quando esmagada, como a borracha, os materiais auxéticos fazem o contrário”, explica Ma.

“Os materiais auxéticos podem absorver e distribuir eficazmente a energia do impacto, o que os torna extremamente úteis”, acrescenta.

Os materiais auxéticos naturais incluem tendões e pele de gato, enquanto os sintéticos são utilizados para fabricar stents cardíacos e vasculares que se expandem e contraem conforme necessário.

Mas, embora os materiais auxéticos tenham propriedades úteis, a sua baixa rigidez e a limitada capacidade de absorção de energia limitam as suas aplicações. A conceção da dupla rede inspirada na natureza da equipa é importante porque ultrapassa estas principais desvantagens.

“Cada estrutura, por si só, tem um comportamento de deformação tradicional, mas se as combinarmos como a natureza faz na esponja das profundezas do mar, ela regula-se a si própria e mantém a sua forma, superando materiais semelhantes por uma margem bastante significativa”, afirma Ma.

Os resultados publicados na revista Composite Structures mostram que, com a mesma quantidade de material utilizado, a rede é 13 vezes mais rígida do que os materiais auxiliares existentes, que se baseiam em desenhos de favos de mel reentrantes.

Pode também absorver mais 10% de energia, mantendo o seu comportamento auxético com uma gama de deformações 60% maior em comparação com as conceções existentes.

Ngoc San Ha explica que a combinação única destas propriedades abre várias aplicações interessantes para o seu novo material.

“Esta rede auxética de inspiração biológica fornece-nos as bases mais sólidas para o desenvolvimento de edifícios sustentáveis da próxima geração”, sublinha

“O nosso metamaterial auxético, com elevada rigidez e absorção de energia, poderá oferecer benefícios significativos em vários sectores, desde materiais de construção a equipamento de proteção e equipamento desportivo ou aplicações médicas”, acrescenta.

A estrutura de treliça bioinspirada poderia funcionar como uma estrutura de construção em aço, por exemplo, permitindo a utilização de menos aço e betão para obter resultados semelhantes aos de uma estrutura tradicional.

A estrutura poderá também constituir a base de equipamento de proteção desportiva leve, coletes à prova de bala ou implantes médicos.

O Professor Honorário Mike Xie afirma que o projeto realça o valor de se inspirar na natureza.

“A biomimética não só cria desenhos bonitos e elegantes como este, mas também cria desenhos inteligentes que foram otimizados ao longo de milhões de anos de evolução e com os quais podemos aprender”, explica.

Próximos passos

A equipa do Centro de Estruturas e Materiais Inovadores da RMIT testou o projeto utilizando simulações em computador e testes de laboratório numa amostra impressa em 3D feita de poliuretano termoplástico.

Tencionam agora produzir versões em aço do desenho para utilizar juntamente com estruturas de betão e de terra batida – uma técnica de construção que utiliza matérias-primas naturais compactadas.

“Embora este design possa ter aplicações promissoras em equipamento desportivo, EPI e aplicações médicas, o nosso principal objetivo é o aspeto da construção”, aponta Ma.

“Estamos a desenvolver um material de construção mais sustentável, utilizando a combinação única do nosso design de excecional rigidez e absorção de energia para reduzir a utilização de aço e cimento na construção”, adianta.

“As suas caraterísticas auxéticas e de absorção de energia podem também ajudar a amortecer as vibrações durante os terramotos”, conclui.

A equipa também planeia integrar este design com algoritmos de aprendizagem automática para uma maior otimização e para criar materiais programáveis.