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Materiais inspirados em origami podem reduzir impacto em peças de foguetes

por Kamila Jessie | 29/05/2019
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Não é novidade que profissionais de engenharia tendem a ser versáteis em seus projetos, mas que isso envolveria habilidades com origami, sem dúvida, foi surpreendente para nós. A gente apresenta aqui um metamaterial inspirado em origami, que pode ser aplicável principalmente na engenharia aeroespacial.

origami aeronáutica
Imagem: phys.org

O problema do impacto:

Graças a empresas como a SpaceX de Elon Musk, chegamos na era dos foguetes reutilizáveis. No entanto, um dos maiores desafios para isso é a adesão ao pouso quando ele completa sua missão. As “pernas” do foguete precisam lidar com a força do impacto do pouso, o que significa que os materiais usados precisam absorver parte da força e suavizar o golpe.

Pesquisadores da Universidade de Washington (UW), incluindo profissionais de Engenharia Aeronáutica e Matemática, desenvolveram uma nova solução para ajudar a reduzir as forças de impacto. Esta alternativa promete possíveis aplicações em espaçonaves, carros etc. O que tem de especial? Bem, a solução foi inspirada pela arte de dobrar papel do origami.

origami
Imagem: phys.org

Metamateriais e origami:

A equipe criou um modelo de papel de um metamaterial que usa uma série de dobras sobrepostas para suavizar as forças de impacto e promover outras forças que acabam por suavizam as tensões na corrente. Quer um exemplo? “Se você usasse um capacete de futebol feito desse material e algo batesse no capacete, você nunca sentiria aquele golpe em sua cabeça. No momento em que a energia chegasse, você não estaria mais empurrando, estaria puxando”, disse o autor correspondente Jinkyu. Yang, professor associado do Departamento de Aeronáutica e Astronáutica da UW.

origami
Imagem: phys.org

Metamateriais são como Lego. A gente diz isso porque, em teoria, você pode fazer todos os tipos de estruturas repetindo um único tipo de bloco de construção, que nesse caso é chamado de “célula unitária”. Dependendo de como você projeta sua célula unitária, você pode criar um material com propriedades mecânicas únicas. E foi nesse sentido que os pesquisadores se voltaram para a arte do origami para criar essa célula unitária em particular.

Como funciona a célula unitária de origami:

Ao mudar onde são introduzidos vincos em materiais planos, é possível projetar materiais que exibem diferentes graus de rigidez quando se dobram e desdobram. Nesse sentido, a equipe de pesquisadores criou uma célula unitária que suaviza a força que recebe quando alguém a empurra, e isso acentua a tensão que se segue à medida que a célula retorna à sua forma normal.

Assim como o origami, esses protótipos de célula unitária são feitos de papel. Os pesquisadores usaram um cortador a laser para cortar linhas pontilhadas em papel para indicar onde se dobrar. A equipe dobrou o papel ao longo das linhas para formar uma estrutura cilíndrica e, em seguida, colou tampas de acrílico em ambas as extremidades para conectar as células a uma longa corrente.

origami
Imagem: advances.sciencemag.org

Os pesquisadores alinharam 20 células e conectaram uma extremidade a um dispositivo que acionou e desencadeou uma reação em toda a cadeia. Usando seis câmeras GoPro, a equipe rastreou a onda de compressão inicial e a seguinte onda de tensão quando as células unitárias voltaram ao normal.

E qual foi o efeito sobre o material?

A cadeia composta pelas células do origami mostrou o movimento ondulatório contra-intuitivo: mesmo que a força compressiva do dispositivo tenha iniciado toda a reação, essa força nunca chegou à outra extremidade da corrente. Em vez disso, ela foi substituída pela força de tensão que começou quando as primeiras células unitárias voltaram ao normal e se propagaram cada vez mais rápido na cadeia. Assim, as células unitárias no final da corrente apenas sentiram a força de tensão puxando-as para trás.

Em linhas gerais, o estudo concluiu que esse mecanismo dinâmico contra-intuitivo pode ser usado para criar um sistema de mitigação de impacto altamente eficiente, porém reutilizável, sem depender de amortecimento material, plasticidade ou fratura.

origami
Imagem: advances.sciencemag.org

O impacto é um problema que encontramos diariamente, e esse sistema, inspirado por origami, oferece uma abordagem completamente nova para reduzir seus efeitos. Em um cenário futuro, a equipe pretende migrar os estudos para outros materiais, adequados a aplicações específicas. Enquanto isso, a gente se dobra de curiosidade (trocadilho intencional).

Fonte: Phys.org

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Kamila Jessie

Engenheira ambiental e sanitarista, MSc. e atualmente doutoranda em Engenharia Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo. http://orcid.org/0000-0002-6881-4217

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