Na natureza, estruturas dobráveis estão por toda parte. Basta observar as asas dos insetos, ou as pétalas de uma flor desabrochando. Nos últimos anos, essa característica tem suscitado um crescente interesse por aplicações técnicas. Como exemplo, abordamos nesse artigo, a técnica do Origami sendo explorada por cientistas para encontrarem possibilidades de dobrar objetos como móveis e dispositivos biomédicos.

Agora, cientistas descobriram como polímeros com memória de forma (shape memory polymers – SMPs) podem ser usados para criar estruturas tridimensionais que podem ser dobradas (ou enroladas) e, numa sequência cronometrada, voltarem à forma original ao serem expostas ao calor.

Para você ter uma ideia das aplicações potenciais dessa tecnologia, imagine aviões que se transformam no ar dependendo da missão que precisam cumprir.

A tecnologia, desenvolvida por pesquisadores no Georgia Institute of Technology  e na Universidade de Cingapura de Tecnologia e Design (SUTD), poderá ser usada para criar estruturas em 3D que são autodobradas, e, em sequência, automontadas para criar dispositivos médicos, robôs, brinquedos, estruturas espaciais e uma gama de outras estruturas.

A equipe usou os SMPs que são materiais inteligentes com vários comportamentos e com capacidade de lembrança (memória) de forma, e que depois, podem mudar para outra forma como resposta a uma mudança ambiental, como calor, umidade ou luz.

A tecnologia de impressão permite a impressão de múltiplos SMPs, cada um com diferentes propriedades dinâmicas. Isto significa que toda a estrutura pode ser aquecida de modo uniforme, mas cada SMP responde a uma taxa diferente de acordo com as suas propriedades e com seu próprio relógio interno. Com isso, os pesquisadores podem construir estruturas complexas sem risco de colisão entre os componentes durante o processo de dobragem e de automontagem.

Além disso, os SMPs podem ser quimicamente sintonizados para uma biocompatibilidade e uma biodegradabilidade, e, portanto, serem utilizados em aplicações biomédicas e aeroespaciais.

(a) Uma caixa de correio aberta, seguindo uma sequência. (b) Uma folha impressa em 3D (c a f) O design da caixa e alguns detalhes nas dobradiças. (g a j) Após o aquecimento, a folha se dobra em uma caixa com mecanismo de travamento automático.

O grupo demonstrou essa abordagem pioneira com uma série de exemplos, incluindo uma folha plana que se dobra em uma caixa 3D, como mostra a imagem acima e o vídeo abaixo. Tanto esse exemplo, como os demais, requerem um controle preciso da sequência de dobragem das diferentes partes da estrutura para evitar colisões dos componentes durante o processo.

“Temos explorado a capacidade dos SMPs impressos em 3D e também integrar com precisão até dez materiais diferentes em uma estrutura 3D. Estamos agora ampliando este conceito para permitir a impressão dos SMPs com propriedades mecânicas dinâmicas que possam variar de forma continuamente no espaço 3D.” Martin L. Dunn, professor e diretor do SUTD.

Múltiplas aplicações

A equipe de pesquisadores prevê uma ampla gama de aplicações para essa nova tecnologia. Por exemplo, veículos não tripulados podem mudar de forma sozinhos, transformando remotamente o design aéreo para um design apropriado para o mergulho.

Além disso, componentes em 3D podem ser facilmente armazenados em um caminhão de transporte, e posteriormente retornados à configuração 3D desejada no momento da chegada.

A pesquisa foi publicada no dia 08/Set/2015, na revista Scientific Reports. O trabalho está sendo financiado pelo U.S. Air Force Office of Scientific Research , pela Fundação Nacional de Ciência dos Estados Unidos, e pela Fundação Nacional de Pesquisa de Cingapura.