Um elastômero inteligente que pode se auto

27 de janeiro de 2023

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por Shiyang Tang, Universidade de Birmingham

Materiais inteligentes são materiais que têm a capacidade de alterar suas propriedades em resposta a estímulos externos específicos, como temperatura, umidade, luz ou estresse aplicado. Um dos exemplos mais conhecidos de materiais inteligentes é a liga com memória de forma (SMA), que é um tipo de material metálico que pode mudar de forma em resposta a mudanças de temperatura.

Outro exemplo de materiais inteligentes inclui materiais piezoelétricos, que geram uma carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. Os materiais inteligentes têm uma ampla gama de aplicações potenciais, inclusive na indústria aeroespacial, automotiva, robótica, manufatura e engenharia biomédica.

Materiais de rigidez variável são um tipo de materiais inteligentes que têm a capacidade de ajustar sua rigidez, ou resistência à deformação, em resposta a estímulos externos. Esta propriedade permite que o material se adapte às mudanças nas condições e melhore o desempenho em uma ampla variedade de ambientes.

Uma das principais vantagens dos materiais de rigidez variável é que eles podem aumentar a eficiência, segurança e confiabilidade dos sistemas mecânicos. Por exemplo, materiais de rigidez variável podem ser usados ​​para criar braços robóticos e garras que podem se adaptar a diferentes objetos e ambientes. Isso permite que o braço robótico ou a pinça manuseie uma variedade de objetos diferentes com diferentes formas, tamanhos e pesos, o que pode reduzir a complexidade e aumentar a eficiência geral do sistema robótico.

Materiais inteligentes inovadores com propriedades eletromecânicas ajustáveis ​​estão revolucionando os campos de fabricação, dispositivos vestíveis e robótica. No entanto, até à data, ainda não foi alcançado um material que possa auto-ajustar de forma inteligente as suas propriedades eléctricas e mecânicas em resposta às mudanças ambientais, e aproveitar as propriedades alteradas sinergicamente sem controlo externo.

Para preencher essa lacuna, uma equipe de pesquisa colaborativa liderada pelo Dr. Shiyang Tang da Universidade de Birmingham, juntamente com colaboradores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, da Universidade de Cambridge e da Universidade de Wollongong, desenvolveu um material inteligente chamado o elastômero de enchimento híbrido metálico da Field (FMHE). O FMHE compreende cargas híbridas de metal de Field (uma liga não tóxica de baixo ponto de fusão) e micropartículas de níquel enriquecidas incorporadas em uma matriz de elastômero.

Esta pesquisa foi relatada em seu artigo recente publicado na Science Advances.

O FMHE criado pelos pesquisadores pode responder tanto a deformações mecânicas quanto a correntes elétricas, exibindo condutividade elétrica e rigidez variáveis ​​e ajustáveis ​​sem controle externo. A fusão e solidificação do metal do Campo permitem a mudança na rigidez. O FMHE também exibe piezoresistividade negativa não convencional e alta sensibilidade à deformação, com a resistividade diminuindo milhões de vezes tanto na compressão quanto no alongamento.

Ao aproveitar essas propriedades de forma sinérgica, os pesquisadores demonstraram duas aplicações em sistemas inteligentes e resilientes, com melhoria de desempenho de mais de uma ordem de magnitude em comparação com o estado da arte. A primeira aplicação é um compensador de conformidade multieixo auto-disparado que pode proteger manipuladores robóticos de movimentos excessivos de compressão, flexão e torção.