Em pesquisas recentes, engenheiros da Universidade do Colorado em Boulder e dos Laboratórios Nacionais Sandia desenvolveram um novo design de almofada que pode suportar grandes impactos. A inovação da equipe pode ser impressa em impressoras 3D disponíveis comercialmente e um dia poderá ser usada em qualquer coisa, desde caixas de transporte até almofadas de futebol que ajudam a proteger objetos frágeis ou o corpo humano dos golpes da vida.
A equipe descreve a técnica em um artigo publicado recentemente na revista Advanced Materials Technology.
Robert MacCurdy, autor correspondente do estudo e professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica Paul M. Rady da CUHK-Boulder, disse:"A mitigação de impacto é importante em todos os lugares. Este material é encontrado em barreiras de colisão em rodovias, joelheiras e cotoveleiras, e equipamentos de embalagem. "
Este estudo dá uma nova olhada em algo que a maioria das pessoas encontra com frequência, mas raramente percebe: bolhas. São materiais macios preenchidos com inúmeros pequenos orifícios e canais. Assim como embalar amendoins ou bolas anti-stress. MacCurdy diz que as espumas absorvem o impacto muito bem, mas têm uma grande desvantagem: se você apertar a espuma com muita força, ela acabará se comprimindo e formando uma massa dura.
Ele e seus colegas pensaram que poderiam fazer melhor. No novo estudo, a equipe escreveu algoritmos de computador que redesenharam cuidadosamente a estrutura interna dos materiais de amortecimento – permitindo que eles se dobrassem quando tensionados, mas apenas em padrões cuidadosamente projetados. Quando a equipe testou seu projeto em laboratório, descobriu que sua almofada poderia absorver até 25% mais força do que a tecnologia de ponta atual. “Os materiais usados para absorver o impacto são importantes”, disse MacCurdy, “mas o que realmente importa é a geometria”.
Para entender por que algumas almofadas funcionam bem e outras não, por exemplo, são esses cantinhos que dão elasticidade à esponja. Quando você aperta a esponja, essas lacunas começam a se fechar, absorvendo energia.
Alguns engenheiros foram além deste projeto básico. Em vez disso, eles criam o preenchimento com uma rede de torres hexagonais ou “treliças” que se parecem um pouco com favos de mel. Se um defensor atingir esse amortecimento, o impacto faz com que o favo de mel entre em colapso em um padrão ondulatório. Este é um método mais eficaz de absorção de força.
Mas MacCurdy ressalta que os pesquisadores há muito lutam para encontrar almofadas que atendam ao padrão ouro – tecnologia que pode absorver não apenas muita força, mas muitas forças diferentes com a mesma habilidade.
“Se você sofrer um acidente enquanto anda de bicicleta, não sabe se foi um impacto de baixa velocidade ou de alta velocidade. Mas, independentemente disso, você quer que o capacete tenha um bom desempenho”, disse ele. "Estamos tentando desenvolver uma geometria que funcione bem em todas essas situações."
Para criar um tapete mais versátil, o engenheiro e seus colegas optaram por reorganizar as estruturas internas dos objetos, até um milímetro.
A equipe primeiro projetou a rede celular usando um software personalizado e depois a ajustou para adicionar algumas dobras, um pouco como o fole de um acordeão. Durante o impacto, essas dobras ajudam a guiar o favo de mel para baixo, permitindo que ele desmorone mais suavemente.
“Quando você começa a comprimir essas estruturas, elas absorvem uma certa quantidade de força”, disse MacCurdy. "Os melhores designs de absorvedores mantêm uma força constante em toda a faixa de compressão."
Em outras palavras, ao contrário da espuma, essas almofadas não mudarão, não importa o quanto você as pressione, ou pelo menos não além de um determinado valor máximo.
Os pesquisadores também queriam ter certeza de que suas almofadas resistiriam a choques e hematomas do mundo real. Eles usaram uma impressora 3D para criar pequenas almofadas do tamanho de um tijolo a partir de um material elástico chamado poliuretano termoplástico. Eles então apertaram-no com uma máquina de teste de impacto.
A equipe de pesquisa descobriu que seus blocos absorviam aproximadamente seis vezes mais energia do que a espuma padrão feita do mesmo material e até 25% mais energia do que outros designs de favo de mel. MacCurdy e seus colegas estão atualmente trabalhando para melhorar ainda mais sua estrutura. Ele acrescentou que os engenheiros podem fazer esses projetos a partir de muitos tipos diferentes de materiais, desde plásticos flexíveis até substâncias mais duras como o alumínio.
Fonte compilada: ScitechDaily