Pulando Jehoshapat! Novo material semelhante a um gafanhoto pode saltar 200 vezes sua própria espessura

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Engenheiros da University of Colorado Boulder projetaram um novo filme semelhante a borracha que pode saltar alto no ar como um gafanhoto – por conta própria e sem a necessidade de intervenção externa. Basta aquecê-lo e vê-lo pular!

Os pesquisadores descrevem sua conquista em 18 de janeiro na revista Avanços da Ciência. Eles dizem que materiais semelhantes podem um dia ajudar a incorporar “robôs macios” (aqueles que não precisam de engrenagens ou outros componentes rígidos para se mover) para pular ou levantar.

O composto de material responde um pouco como os gafanhotos saltam armazenando e liberando energia em suas pernas, disse o co-autor do estudo, Timothy White.

“Na natureza, muitas adaptações, como a perna de um gafanhoto, utilizam energia armazenada, como uma instabilidade elástica”, disse White, Gallogly Professor de engenharia química e biológica na CU Boulder. “Estamos tentando criar materiais sintéticos que imitem essas propriedades naturais.”

A nova pesquisa aproveita o comportamento incomum de uma classe de materiais chamados elastômeros de cristal líquido. Esses materiais são versões de polímeros sólidos e elásticos dos cristais líquidos encontrados em laptops ou telas de TV.

No estudo, a equipe fabricou pequenos wafers de elastômeros de cristal líquido do tamanho de uma lente de contato e os colocou em uma placa quente. À medida que esses filmes esquentavam, eles começaram a se deformar, formando um cone que se elevou até que, repentina e explosivamente, virou do avesso – disparando o material até uma altura de quase 200 vezes sua própria espessura em apenas 6 milissegundos.

“Isso apresenta oportunidades para o uso de materiais poliméricos de novas maneiras para aplicações como robótica leve, onde muitas vezes precisamos de acesso a esses mecanismos de atuação de alta velocidade e alta força”, disse a principal autora do estudo, Tayler Hebner, que obteve seu doutorado em engenharia química e biológica. em CU Boulder em 2022.

Descoberta acidental

Hebner, agora pesquisadora de pós-doutorado na Universidade de Oregon, e seus colegas descobriram esse comportamento de salto quase por acidente.

Ela estava experimentando projetar diferentes tipos de elastômeros de cristal líquido para ver como eles mudavam de forma sob mudanças de temperatura. Joselle McCracken, pesquisadora associada sênior no laboratório de White, juntou-se a ela para observar.

“Estávamos apenas observando o elastômero de cristal líquido assentar na placa quente, imaginando por que não estava fazendo a forma que esperávamos. De repente, ele saltou do estágio de teste para a bancada”, disse Hebner. “Nós dois apenas olhamos um para o outro meio confusos, mas também empolgados.”

Com experimentos cuidadosos e a ajuda de colaboradores do Instituto de Tecnologia da Califórnia, a equipe descobriu o que estava fazendo seu material dar o salto em altura.

White explicou que cada um desses filmes é formado por três camadas de elastômero. Essas camadas encolhem quando esquentam, disse ele, mas as duas camadas superiores encolhem mais rápido que a inferior. Essa incongruência, combinada com a orientação das moléculas de cristal líquido dentro das camadas, faz com que o filme se contraia e forme um cone. É um pouco como os revestimentos de vinil pintado podem deformar nos raios do sol.

À medida que o cone se forma, a tensão aumenta no filme até que, de uma só vez – estalo! O cone inverte, batendo na superfície e derrubando o material. O mesmo filme também pode pular várias vezes sem se desgastar.

“Quando essa inversão acontece, o material se rompe e, assim como um brinquedo infantil, salta da superfície”, disse White.

saltos para a frente

Ao contrário desses poppers, no entanto, os elastômeros de cristal líquido da equipe são versáteis. Os pesquisadores podem ajustar seus filmes para que pulem quando ficarem frios, por exemplo, não quentes. Eles também podem dar pernas aos filmes para fazê-los pular em uma direção específica.

A maioria dos robôs provavelmente não seria capaz de usar esse tipo de efeito de popping para fazer suas peças se moverem. Mas White disse que o projeto mostra do que tipos semelhantes de materiais podem ser capazes – armazenar uma quantidade impressionante de energia elástica e liberá-la de uma só vez. E, disse Hebner, o projeto trouxe um pouco de diversão para o laboratório.

“É um exemplo poderoso de como os conceitos fundamentais que estudamos podem se transformar em projetos que funcionam de maneiras complexas e surpreendentes”, disse ela.

Gafanhotos, conheçam sua nova competição.

Vídeo:

Com informações de Science Daily.

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