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Pesquisadores de Harvard dizem que desenvolveram um metafluido programável que chamam de “líquido inteligente” que contém elasticidade ajustável, propriedades ópticas ajustáveis, viscosidade variável e até mesmo a capacidade aparentemente mágica de alternar entre um fluido newtoniano e não-newtoniano.
A fórmula exata da equipe ainda é um segredo enquanto exploram potenciais aplicações comerciais. No entanto, os investigadores acreditam que o seu líquido inteligente pode ser usado em qualquer coisa, desde robôs programáveis a amortecedores inteligentes ou mesmo dispositivos ópticos que podem alternar entre estados transparentes e opacos.
“Estamos apenas arranhando a superfície do que é possível com esta nova classe de fluido”, disse Adel Djellouli, pesquisador associado em Ciência de Materiais e Engenharia Mecânica na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard e primeiro autor do artigo. “Com esta plataforma, você poderia fazer muitas coisas diferentes em muitos campos diferentes.”
Atributos notáveis de um metafluido programável líquido inteligente
De acordo com os pesquisadores de Harvard, o principal desenvolvimento por trás de seu metafluido programável, o primeiro de seu tipo, são as esferas de elastômero que variam de 50 a 500 mícrons que povoam todo o líquido inteligente. Essas esferas personalizadas “flexionam” sob pressão, o que altera radicalmente as propriedades do fluido geral. Isto inclui alterações nas propriedades ópticas do fluido, na sua viscosidade e até mesmo na sua compressibilidade.
Os pesquisadores observam que novas classes de metamateriais sólidos podem conter algumas dessas mesmas propriedades únicas. No entanto, incorporar estas características programáveis num fluido que pode mudar para acomodar a forma do seu recipiente abre um mundo inteiro de possibilidades.
“Ao contrário dos metamateriais sólidos, os metafluidos têm a capacidade única de fluir e se adaptar ao formato do seu recipiente”, disse Katia Bertoldi, William e Ami Kuan Danoff Professora de Mecânica Aplicada no SEAS e autora sênior do artigo. “Nosso objetivo era criar um metafluido que não apenas possuísse esses atributos notáveis, mas também fornecesse uma plataforma para viscosidade, compressibilidade e propriedades ópticas programáveis.”
Criando o metafluido programável definitivo
Para criar seu líquido inteligente, os pesquisadores fabricaram centenas de milhares dessas esferas de elastômero deformáveis cheias de ar. A seguir, as esferas foram suspensas em meio de óleo de silício. Se feito corretamente, os pesquisadores dizem que suas esferas de tamanhos variados entrariam em colapso sob pressão, formando uma “meia esfera semelhante a uma lente”. Da mesma forma, quando a pressão é removida, as esferas devem retornar à sua forma original.
Em um esforço para demonstrar a programabilidade do líquido inteligente resultante, os pesquisadores o carregaram em uma pinça robótica hidráulica. Como esperado, a mão do robô foi capaz de “sentir” e pegar objetos extremamente frágeis, incluindo um ovo, uma garrafa de vidro e um mirtilo, sem quebrá-los, graças à variabilidade do metafluido.
“Em um sistema hidráulico tradicional movido a ar ou água simples, o robô precisaria de algum tipo de sensor ou controle externo para poder ajustar sua aderência e pegar todos os três objetos sem esmagá-los”, explica um comunicado de imprensa anunciando a pesquisa. “Mas com o metafluido, nenhuma detecção é necessária. O próprio líquido responde a diferentes pressões, mudando sua complacência para ajustar a força da pinça para poder pegar uma garrafa pesada, um ovo delicado e um pequeno mirtilo, sem nenhuma programação adicional.”
“Mostramos que podemos usar esse fluido para dotar inteligência a um robô simples”, acrescentou Djellouli.
Os pesquisadores observam que essa viscosidade programável ocorre porque as mudanças na pressão deslocam o líquido inteligente entre um fluido newtoniano e um fluido não newtoniano. Um fluido newtoniano muda sua viscosidade em resposta a mudanças na temperatura, enquanto um fluido não newtoniano muda sua viscosidade em resposta a mudanças na pressão. Ter um líquido que pode ser as duas coisas não tem precedentes.
“Quando as cápsulas são esféricas, o metafluido se comporta como um fluido newtoniano, o que significa que sua viscosidade só muda em resposta à temperatura”, explica o comunicado à imprensa. “No entanto, quando as cápsulas colapsam, a suspensão transforma-se num fluido não newtoniano, o que significa que a sua viscosidade mudará em resposta à força de cisalhamento – quanto maior for a força de cisalhamento, mais fluida ela se tornará.”
Juntamente com a capacidade de alterar a sua viscosidade sob diferentes pressões e temperaturas, os investigadores dizem que o metafluido também mostrou uma notável capacidade de alterar as suas propriedades ópticas, mudando facilmente entre estados transparentes e opacos. Isso ocorre porque o formato normal de bolha das esferas dispersa a luz e a torna opaca, semelhante à turvação da água gaseificada. Por outro lado, quando as esferas entram em colapso em forma de lente, elas permitem a passagem da luz, fazendo com que elas e seu meio líquido pareçam transparentes.
Gama de aplicações futuras, desde usos ópticos até mecânicos
Publicados no diário Natureza, a pesquisa da equipe destaca uma série de aplicações potenciais para seu fluido. Isso inclui choques inteligentes que se adaptam a pressões variadas, robôs programáveis e uma série de aplicações ópticas, incluindo tinta eletrônica que pode mudar de cor sob pressão.
Seguindo em frente, a equipe diz que está investigando as propriedades acústicas e termodinâmicas do novo líquido inteligente para descobrir seus outros segredos. Até então, eles dizem que seu líquido é escalonável e fácil de fabricar, oferecendo potencial para uso em ambientes comerciais ou industriais quase imediatamente.
“O espaço de aplicação para esses metafluidos escalonáveis e fáceis de produzir é enorme”, disse Bertoldi.
Christopher Plain é romancista de ficção científica e fantasia e redator-chefe de ciências do The Debrief. Siga e conecte-se com ele no X, conheça seus livros em plainfiction.comou envie um e-mail diretamente para ele em christopher@thedebrief.org.
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