domingo, 9 de outubro de 2011

Materiais Inteligentes




Já há algum tempo, cientistas vêm pesquisando materiais que, equipados com sensores e controles, “se comportam” como sistemas biológicos. Já foi obtido sucesso com estes tipos de “materiais inteligentes”. Em breve, materiais que se consertam por conta própria ou se adaptam a certas condições do meio-ambiente poderão estar disponíveis.
Por exemplo, uma ponte poderia se reforçar e selar suas rachaduras por conta própria durante um terremoto ou um carro com “zonas de amasso inteligente”, poderia retornar à sua forma original após um acidente. Assim como os seres vivos, estes sistemas se adaptariam às necessidades e melhorariam qualquer dano possível ou compensariam pela falha de elementos individuais.
Os cientistas já testaram que estes tipos de materiais e estruturas são essencialmente viáveis. Entretanto eles necessitam de uma série de ferramentas especiais. Estas ferramentas incluem atuadores e motores que se comportam da mesma forma que os músculos, sensores que funcionam como nervos e memória e rede computacional que representam o cérebro e a espinha.
Materiais compostos multifuncionais que absorvem vibrações por conta própria que reduzem poluição sonora são um exemplo de materiais inteligentes que já foram pesquisados e aplicados. Eles são equipados com sensores que registram quando o material começa a vibrar. O sinal do sensor é então processado por um regulador que controla os atuadores integrados de uma forma com a qual eles absorvem as vibrações. Fibras finas de cerâmica de micrometro são utilizadas para converter tensão mecânica ou térmica em sinais elétricos.
A medicina também pode se beneficiar dos materiais inteligentes. Hoje tubos combinados feitos de metal, chamados de “stent” já estão sendo implantados em artérias para reforçá-las evitando que haja o entupimento. Os ‘stents’ do futuro serão inteligentes. Eles serão injetados diretamente na veia, envolvendo apenas o procedimento médico mais simples e por conta própria irão tomar a forma desejada na artéria afetada. A conversão será feita pela temperatura do corpo. A vantagem para o paciente é que uma operação complicada será substituída por um procedimento médico mínimo tão eficiente quanto a cirurgia.
Há também o trabalho com materiais sintéticos com um “efeito memória”. Linhas que dão nó sozinhas, espirais que lembram sua forma original. Os ‘materiais com memória’ lembram da sua forma e, depois de estarem deformados, retornam à sua forma original. Calor ou luz são o suficiente para fazê-los voltar à sua antiga forma.

Aplicações

Cerâmicas Piezoelétricas
Eles estão usando cerâmicas piezoelétricas, um material que transforma energia elétrica em movimento ou movimento em energia elétrica - tecnicamente falando, esses materiais são transdutores eletromecânicos.
Os primeiros testes estão sendo feitos com esferas e rolamentos construídos com estas piezocerâmicas. As esferas foram colocadas entre o chassi e uma estrutura metálica que se conforma ao chassi de um veículo de testes.
Essas "esferas inteligentes" podem ser controladas eletronicamente para contrabalançar e neutralizar as vibrações que o veículo sofre enquanto roda.
Assim, em vez de um bloco de borracha passivo, o carro passa a ter um mecanismo ativo, controlado por computador, que anula a vibração tão logo ela seja detectada.
Mas há outras possibilidades: em vez de anular as vibrações, o material piezoelétrico pode aproveitá-las para gerar energia elétrica e alimentar as baterias de um veículo híbrido ou elétrico.


 

Fluidos Reológicos
Outra alternativa, que está sendo pesquisada por engenheiros do Instituto Fraunhofer, na Alemanha, são os fluidos magneto-reológicos.
Fluidos magnetorreológicos poderão revolucionar suspensões de veículos.
Esses fluidos contêm minúsculas partículas que se alinham para formar cadeias fixas quando submetidas a um campo magnético.
Em termos práticos, o fluido se solidifica instantaneamente, mas de forma reversível. Variando-se a intensidade do campo magnético é possível controlar sua "solidez", que pode ir do inteiramente líquido ao sólido, passando por níveis intermediários de viscosidade.
O principal uso dos fluidos reológicos está nos amortecedores, que podem variar continuamente seu comportamento, dependendo das condições da estrada, mas os engenheiros estão começando a testar seu uso em outras partes do veículo, sobretudo no isolamento entre o chassi e a área interna.

Polímeros com Memória
Esta nova tecnologia com base nos polímeros com memória de forma, lembram-se da forma como foram inicialmente construídos. Como tal, é possível deformar completamente qualquer objecto com esta constituição que, após se aplicar calor sobre o polímero, este reconstrói-se autonomamente voltando à sua forma inicial.
Segundo uma experiência levada a cabo por um grupo de investigadores do Estado de Arizona, foi possível tornar estes materiais, já de si inteligentes, em materiais mais inteligentes ainda. Isto deve-se à introdução de uma malha de fibra óptica no interior dos polímeros. Agora, além de voltarem à sua forma inicial, estes novos materiais são capazes de dizer por si próprios se foram danificados, onde estão danificados e o grau de danos sofridos.
Quando estes materiais ficam deformados ou mesmo partidos, um laser de infravermelhos emite um pulso de calor ao longo da rede de fibra óptica, reparando a área com problemas. O calor emitido pelo laser aumenta 11 vezes a força do polímero, restaurando-se até 96% da sua força original, garantindo por fim que o problema não voltará a acontecer

Tema principal:
Cerâmicas Piezoelétricas e Fluidos Reológicos
Polímeros com Memória