Você já pensou em como estruturas de aviões, carros e até máquinas industriais lidam com buracos e aberturas? Esses vazios podem enfraquecer o material e causar problemas. Pensando nisso, engenheiros da Universidade de Princeton e do Instituto de Tecnologia da Geórgia desenvolveram uma espécie de “capa de invisibilidade” mecânica.

Por que isso importa? Tradicionalmente, engenheiros reforçam buracos e aberturas com estruturas extras. Mas isso nem sempre resolve o problema. E ainda pode criar mais pontos de tensão onde o material se romperia mais facilmente.

Engenheiros se inspiram na natureza para tornar buracos invisíveis

“Pense numa placa com um buraco”, disse Emily D. Sanders, professora assistente de engenharia mecânica na Georgia Tech e uma das autoras do estudo, em comunicado publicado pela Universidade de Princeton.

• “Se você aplicar tensão nela, puxando, haverá uma concentração de estresse no ponto em que a placa falha mais rapidamente do que falharia sem o buraco.”

“Queremos projetar algo ao redor desse buraco, ou defeito, de modo que pareça que o buraco não existe“, disse Emily.

“Mas mesmo se parecer que o buraco não está ali, ele ainda vai estar ali”, você pode ter pensado. Bem, a ideia é cercar as aberturas com microestruturas — pequenas formas internas ao material — que mudam a maneira como as forças atuam sobre ele.

• Em outras palavras: em vez de tampar o buraco (o que seria impossível, em alguns casos), essas microestruturas fazem o material se comportar como se o buraco não estivesse ali.

O reforço tradicional costuma considerar apenas certos tipos de pressão. Já essa nova técnica consegue lidar com uma variedade maior de forças externas – por exemplo: mudanças de temperatura, vento ou vibração.

Segundo Glaucio Paulino, um dos autores principais do estudo, “qualquer estrutura pode estar sujeita a uma quantidade infinita de cargas”. “Cada vez que você dirige seu carro, as cargas são diferentes — o vento pode soprar de direções variadas ou a temperatura pode mudar.”

Inspiração em árvores

A inspiração para a ideia explorada na pesquisa veio da natureza. Os engenheiros observaram como nós em árvores conseguem redirecionar as tensões ao redor de galhos e raízes. Isso ajuda a árvore a continuar firme mesmo com essas imperfeições naturais.

A equipe então simulou diferentes tipos de força e identificou os cenários mais críticos. Com isso, projetou as microestruturas para proteger a abertura. Os resultados saíram na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

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“A técnica de otimização introduzida pelos autores representa uma metodologia revolucionária para tornar um defeito invisível, independentemente da direção da força aplicada externamente”, disse Davide Bigoni, professor da Universidade de Trento (Itália), no comunicado.

Bigoni também citou possíveis aplicações importantes do que chamou de “camuflagem omnidirecional”. Entre elas, estavam:

• Medicina: criação de implantes ou substituições de tecidos que não sofram com o estresse mecânico do corpo;
• Engenharia: ajudar a modificar estruturas de máquinas ou prédios para permitir a passagem de cabos e tubos sem comprometer a estabilidade;
• Cultura: ser útil para restauração de obras de arte ao permitir reparação de danos sem que eles fiquem visíveis ou fragilizem a peça.