Pesquisadores de Harvard afirmam ter desenvolvido um metafluido programável que estão chamando 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 eles exploram possíveis aplicações comerciais. No entanto, os pesquisadores acreditam que seu líquido inteligente poderia ser usado em qualquer coisa, desde robôs programáveis até amortecedores inteligentes ou até dispositivos ópticos que podem alternar entre estados transparente e opaco.
“Estamos apenas arranhando a superfície do que é possível com essa nova classe de fluido”, disse Adel Djellouli, um Associado de Pesquisa em Ciência de Materiais e Engenharia Mecânica na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) e o primeiro autor do artigo. “Com esta única plataforma, você poderia fazer tantas coisas diferentes em tantos campos diferentes.”
Atributos notáveis de um líquido inteligente programável, metafluido
De acordo com os pesquisadores de Harvard, o desenvolvimento-chave por trás de seu metafluido programável inédito é as esferas de elastômero com tamanhos de 50 a 500 microns que povoam todo o líquido inteligente. Essas esferas personalizadas “cedem” sob pressão, o que muda radicalmente as propriedades do fluido como um todo. Isso inclui mudanças nas propriedades ópticas do fluido, sua viscosidade e até sua compressibilidade.
Os pesquisadores observam que novas classes de metamateriais sólidos podem conter algumas dessas mesmas propriedades únicas. No entanto, incorporar essas características programáveis em um fluido que pode mudar para acomodar a forma de seu recipiente abre um mundo de possibilidades.
“Diferentemente dos metamateriais sólidos, os metafluidos têm a capacidade única de fluir e se adaptar à forma de seu recipiente”, disse Katia Bertoldi, Professora de Mecânica Aplicada William e Ami Kuan Danoff na SEAS e autora sênior do artigo. “Nosso objetivo era criar um metafluido que não apenas possuísse esses atributos notáveis, mas também proporcionasse 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 preenchidas com ar. Em seguida, as esferas foram suspensas em um meio de óleo de silicone. Se feito corretamente, os pesquisadores afirmam que suas esferas de tamanhos variados se colapsariam sob pressão, formando uma “meia esfera em forma de lente”. Da mesma forma, quando a pressão é removida, as esferas devem retornar à sua forma original.
Na tentativa de demonstrar a programabilidade do líquido inteligente resultante, os pesquisadores o carregaram em um manipulador robótico hidráulico. Como esperado, a mão do robô foi capaz de “sentir” e pegar objetos extremamente frágeis, incluindo um ovo, uma garrafa de vidro e uma blueberry, sem quebrá-los, graças à variabilidade do metafluido.
“Em um sistema hidráulico tradicional alimentado por ar ou água simples, o robô precisaria de algum tipo de sensoriamento ou controle externo para poder ajustar sua pegada e pegar os três objetos sem esmagá-los”, explica um comunicado de imprensa anunciando a pesquisa. “Mas com o metafluido, nenhum sensoriamento é necessário. O próprio líquido responde a diferentes pressões, alterando sua conformidade para ajustar a força do manipulador a fim de pegar uma garrafa pesada, um ovo delicado e uma pequena blueberry, sem programação adicional.”
Além da capacidade de alterar sua viscosidade sob pressões e temperaturas variáveis, os pesquisadores afirmam que o metafluido também mostrou uma notável habilidade de alterar suas propriedades ópticas, mudando facilmente entre estados transparentes e opacos. Isso ocorre porque a forma normal de bolha das esferas dispersa a luz e a torna opaca, semelhante à turvação na água aerada. Por outro lado, quando as esferas se colapsam em uma forma de lente, permitem a passagem da luz, tornando-as e seu meio líquido transparentes.
Aplicações futuras de uso óptico a mecânico
Publicada na revista Nature, a pesquisa da equipe destaca uma série de aplicações potenciais para seu fluido. Estas incluem amortecedores inteligentes que se adaptam a pressões variáveis, 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 escalável e fácil de fabricar, oferecendo o potencial para ser usado em configurações comerciais ou industriais quase imediatamente.
“O espaço de aplicação para esses metafluidos escaláveis e fáceis de produzir é enorme”, disse Bertoldi.
