Você já misturou amido de milho e água juntos para fazer "oobleck"? Quando você aperta a mistura firmemente em seu punho, ela faz uma bola dura. Mas quando você relaxa seu aperto, ele escorre como um líquido. É um exemplo comum de um "fluido de espessamento de cisalhamento", um material cuja viscosidade aumenta sob estresse.
Alguns cientistas acham que os fluidos de espessamento de cisalhamento podem ser a próxima grande coisa quando se trata de prevenção e reabilitação de lesões. Materiais baseados nesses fluidos têm o potencial de ajudar a evitar contusões, lesões no pescoço e tornozelos torcidos; para servir de blindagem corporal de proteção em ambientes militares; e criar novos dispositivos de reabilitação.
No Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA (ARL), em Aberdeen, Maryland, Eric Wetzel vem estudando fluidos de espessamento de cisalhamento nos últimos 15 anos e detém patentes de várias técnicas e produtos. Inicialmente ele estava impregnando Kevlar com fluidos de espessamento de cisalhamento para tornar a armadura corporal mais fina e flexível. Agora, ele descobriu como envolver os fluidos em uma tira flexível. Puxe a alça suavemente e ela se expande como elástico. Puxe-o rapidamente e ele endurece e trava. Essa tecnologia, que a Wetzel chama de "tiras de RAT" (para "amarras ativadas por taxa"), pode ser útil em diversas áreas, do militar ao atletismo profissional e ao lar.
“O que essas alças lhe dão a capacidade de fazer é permitir o movimento humano em velocidades regulares, mas quando há algo realmente violento acontecendo, elas entram em ação e fornecem resistência”, diz Wetzel.
Nos últimos anos, a Wetzel tem trabalhado com a NFL para desenvolver um sistema de tiras de RAT para manter os capacetes no lugar e ajudar a evitar ferimentos na cabeça. Ele e sua equipe construíram uma plataforma no laboratório para se assemelhar às condições de um campo de jogo da NFL, e submeteram um boneco de testes de colisão usando um capacete para repetidas simulações de equipamentos. Ao usar o capacete preso ao corpo com amarras que iam do pescoço até a parte superior das costas, o pico de aceleração experimentado pela cabeça do manequim foi reduzido em 50%. Essa poderia ser a diferença entre um pequeno solavanco e uma séria contusão.
A Wetzel espera ter protótipos funcionais dos capacetes presos nos próximos dois meses, quando ele e sua equipe começarão os testes, inicialmente fazendo com que as pessoas usem os capacetes para relatar como se sentem, depois passando para o combate real. Se os testes forem bem-sucedidos, os primeiros usuários provavelmente serão atletas do ensino médio em vez de profissionais.
“Os jogadores da NFL não usam nada que impeça a velocidade ou a agilidade nem um pouco”, diz Wetzel. "Eles não serão os primeiros a adotar."
Cinta de tornozelo parecida com meia usando fluido de espessamento de cisalhamento (GoXStudio) As peças de vestuário que incorporam fluidos que engrossam o cisalhamento também podem proteger outras partes do corpo, como o tornozelo ou o joelho. Isto é especialmente importante para os soldados.
“Se você observar as principais causas de perda de tempo para os soldados, normalmente não é que eles foram mortos; a coisa mais comum é que alguém torceu o joelho, jogou as costas para trás, machucou o pescoço ”, diz Wetzel. "Não é surpreendente, porque eles estão vestindo 100 quilos nas costas, correndo em terrenos acidentados, às vezes à noite."
Cerca de cinco anos atrás, Wetzel reuniu-se com pesquisadores da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA), que estavam interessados em tecnologias para reduzir esses tipos de lesões músculo-esqueléticas. Os pára-quedistas têm um risco especialmente alto de lesões no tornozelo, pois atingem o solo em altas velocidades. A equipe da DARPA estava trabalhando em uma órtese de tornozelo rígida para enfrentar o impacto. Funcionou, mas os pára-quedistas não podiam correr nele.
Então a Wetzel desenvolveu um protótipo de um suporte usando fluido de espessamento de cisalhamento envolto em tecido. Esta foi a tecnologia original de cinta RAT. Agora, um dos pesquisadores da DARPA com quem Wetzel se encontrou, o tenente-coronel Joe Hitt, deixou o exército e fundou uma empresa que fabricava aparelhos com base no trabalho de Wetzel.
Uma das principais causas de entorse de tornozelo é o tempo de reação retardado que vem com fadiga ou surpresa.
"Seu tornozelo começa a girar e você não percebe isso em breve", diz Wetzel. "Uma chave de tornozelo realmente tem que desacelerar a rotação para dar tempo ao seu cérebro para recuperar o atraso."
Um suporte de tornozelo baseado no fluido de espessamento de cisalhamento pode se mover com o corpo como uma meia de neoprene. Mas quando o tornozelo começa a girar violentamente, o fluido endurece.
No Tennessee, o empresário e veterano do Exército Russ Hubbard está transformando as tiras de RATZ da Wetzel em dispositivos para reabilitação física. Longas bandas de borracha são comumente usadas para alongamento e resistência em fisioterapia. Hubbard está fazendo bandas cheias de fluido de espessamento de cisalhamento. Quanto mais você puxa, mais apertado eles ficam. E quando você soltar, não há rebote. Isso significa que é seguro para os pacientes puxarem as bandas o mais forte possível, sem medo de serem atingidas no rosto, caso caiam em uma das extremidades.
Fazendo amarras para as bandas de reabilitação (Jhi Scott, ARL Photographer) “Com essa tecnologia, você sempre tem a capacidade de estimular o potencial máximo nesse momento”, diz Hubbard. "Você não está limitando o que o paciente é capaz de fazer, e espero que isso se traduza em um tempo mais rápido de recuperação."
Hubbard está trabalhando com pesquisadores da Universidade de Montana em um estudo das bandas. Se for bem sucedido, ele espera tê-los no mercado no próximo ano.
Wetzel imagina sua tecnologia de amarras sendo usada na estrada como uma espécie de meio caminho entre roupas e um exoesqueleto. Vestimentas feitas de fios cheios de fluido podem suportar várias partes do corpo, permanecendo macias quando o usuário está parado ou se movendo lentamente, e se tornando firmes e apoiadoras com movimentos súbitos, como o colapso de um joelho artificial.
O interesse em fluidos de cisalhamento é "definitivamente algo que cresceu muito na comunidade de pesquisa nos últimos cinco anos ou mais", diz Eric Brown, professor de engenharia mecânica e ciência de materiais em Yale.
Os cientistas investigam os fluidos de cisalhamento por mais de 80 anos, diz Brown, mas eles estão apenas começando a entender como e por que funcionam da maneira que fazem.
"Estamos apenas misturando água e amido de milho - eles parecem coisas simples por conta própria", diz Brown. "A ideia de que não entendemos muito sobre como isso funciona é, às vezes, algo que é necessário para as pessoas".
Pesquisas sobre proteção contra impacto usando fluidos de espessamento de cisalhamento são "realmente promissoras", diz Brown. Ele acha que provavelmente veremos vários produtos, como capacetes de bicicleta aprimorados por engrossamento de cisalhamento, no mercado nos próximos anos. O D30, um fluido espessante de cisalhamento feito de polímeros suspensos em um lubrificante líquido, já é usado em itens de equipamentos de snowboard para caixas de celulares.
Para aqueles de nós ansiosos para explorar a magia do fluido de espessamento de cisalhamento em casa, esteja avisado: se você está pensando em encher uma piscina infantil com oobleck para "andar na água" como os YouTubers, é mais difícil do que parece. Brown sabe - ele fez isso algumas vezes, só por diversão.
"A parte mais difícil é que você precisa misturar as coisas", diz ele. "Tivemos que alugar um misturador de cimento da Home Depot."
