image: Image of a press compressing magnetic metamaterials.
Credit: UC3M
Uma equipa de cientistas da Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) e da Universidade de Harvard, nos EUA, demonstrou experimentalmente que é possível reprogramar a forma e o comportamento estrutural de materiais artificiais inovadores com propriedades eletromagnéticas, conhecidos como metamateriais, sem necessidade de modificar a sua composição. Esta tecnologia abre as portas a inovações em domínios como a biomedicina e a robótica macia, entre outros.
O estudo, recentemente publicado na revista Advanced Materials, explica como reprogramar estes metamateriais mecânicos através da utilização de ímanes flexíveis distribuídos pela sua estrutura. “O que é inovador na nossa proposta é a incorporação de pequenos ímanes flexíveis numa matriz romboide rotativa que permite modificar a rigidez e a capacidade de absorção de energia da estrutura, alterando simplesmente a distribuição desses ímanes ou aplicando um campo magnético externo. Isto confere propriedades únicas que não estão presentes nos materiais convencionais nem na natureza. É que, quando concebemos novos materiais, temos tendência para nos concentrarmos na sua composição química e microestrutura, mas com os metamateriais podemos também jogar com a sua geometria interna e disposição espacial”, explica um dos autores do estudo, Daniel García-González, do Departamento de Mecânica dos Meios Contínuos e Teoria das Estruturas da UC3M.
Esta descoberta é um passo importante para a criação de estruturas mecânicas reconfiguráveis, úteis em sectores como a robótica, a proteção contra impactos e a engenharia aeroespacial. As aplicações deste tipo de meta-estruturas são praticamente infinitas, segundo os investigadores. “Desde estruturas de proteção contra impactos, componentes adaptativos em robótica macia até sistemas amortecedores inteligentes em exoesqueletos. No domínio do desporto, poderiam ser utilizadas para modificar a resposta mecânica de uma sola desportiva através das interações dos elementos nela incorporados, tornando certas zonas mais flexíveis ou mais rígidas para melhorar a passada de uma pessoa ou de um corredor. Abrem-se também possibilidades inovadoras no domínio da biomedicina. Por exemplo, poderíamos introduzir modificações destas estruturas num vaso sanguíneo obstruído e, através da aplicação de um campo magnético externo, expandir a matriz para conseguir a sua desobstrução”, salienta outro investigador, Josué Aranda Ruiz, do Departamento de Mecânica dos Meios Contínuos e Teoria das Estruturas da UC3M.
Para realizar o estudo, os investigadores da UC3M e de Harvard combinaram a identificação e a caracterização de diferentes materiais, com a análise do seu comportamento em função das orientações magnéticas. Para tal, estudaram a forma como a orientação, a magnetização residual e a rigidez dos ímanes afetam as respostas estáticas e dinâmicas do metamaterial, demonstrando que uma reorientação cuidadosa permite ajustar significativamente o seu comportamento. Analisaram depois a sua integração em estruturas maiores para ensaios dinâmicos de impacto.
“Ao modificar a posição dos ímanes para modular a interação magnética entre eles, podemos obter comportamentos completamente diferentes no material”, acrescenta outro dos autores do estudo, Carlos Pérez García, também do Departamento de Mecânica dos Meios Contínuos e Teoria das Estruturas da UC3M.
Este trabalho de investigação foi desenvolvido com o apoio do Ministério da Ciência e Inovação (MCIN/AEI/10.13039/501100011033), bem como do projeto 4D-BIOMAP do Conselho Europeu de Investigação (ERC) do programa de investigação e inovação Horizonte 2020 da União Europeia (GA947723). Insere-se também no trabalho de inovação desenvolvido para transferir tecnologia em robótica macia com a empresa Monodon (Navantia).
Referência bibliográfica: C. Perez-Garcia, R. Zaera, J. Aranda-Ruiz, G. Bordiga, G. Risso, M. L. Lopez-Donaire, K. Bertoldi, D. Garcia-Gonzalez (2025). Reprogrammable Mechanical Metamaterials via Passive and Active Magnetic Interactions. Adv. Mater. 2412353. https://doi.org/10.1002/adma.202412353
Vídeo: https://youtu.be/w4mOet_RevI