Uma nova técnica para imprimir, dobrar e implantar estruturas de auto-construção poderia um dia tornar muito mais fácil para os cirurgiões colocar stents artificiais, ou astronautas para instalar novos habitats de espaço leve.
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Os projetos baseiam-se em um conceito arquitetônico chamado "tensegrity", termo cunhado por Buckminster Fuller na década de 1960 (que também patenteou as primeiras formas de tensegridade em 1962). As estruturas de tensegridade, ou "integridade tensional", mantêm-se em forma através de estruturas rígidas mantidas no lugar com cabos de alta tensão interconectados. A ponte Kurilpa, em Brisbane, na Austrália, e uma nova torre de antena de rádio sendo construída no topo de Santiago, no Parque Metropolitano do Chile, são dois exemplos típicos de estruturas de tensegridade.
Embora sejam muito fortes, são pesados, pois são construídos com cabos e suportes metálicos. Os engenheiros da Georgia Tech Glaucio Paulino e Jerry Qi queriam aplicar essas mesmas vantagens tensional a objetos que poderiam ser usados para mais do que apenas pontes e antenas, como habitats espaciais ou stents cardíacos.
Paulino e Qi criaram um método para criar versões 3D dobráveis, leves e com impressão desses desenhos, com tubos feitos de um material semelhante a um plástico chamado polímero de memória de forma conectado com tendões elásticos impressos.
Ao aquecer os tubos, o material do suporte é programado para “lembrar” a configuração aberta. Ele pode então ser achatado e dobrado, e assim que todo o design for reexposto ao calor, todo o pacote se desdobra lentamente em sua configuração final e aberta - sem motores envolvidos.
Paulino e Qi também descobriram que, ao programar diferentes partes de seus projetos para desdobrar em temperaturas variáveis, seus projetos poderiam se desembalar em estágios para evitar que os cabos fiquem emaranhados.
Como todo o design pode ser espremido em um pacote que é essencialmente totalmente montado, ele ocupa muito menos espaço que os designs de tensegridade convencionais.
“Se você comparar projetos de tensegridade com qualquer outro tipo de estrutura, eles são extremamente leves e muito fortes”, diz Paulino. “A beleza desse sistema é que existe um grau extra de liberdade que permite que a tensegridade se deforme, mude de forma, tenha uma mudança dramática de formato e suporte qualquer tipo de carregamento em qualquer direção.”
Os modelos de laboratório de Paulino e Qi são do tamanho de um brinquedo de mesa de criança, de quatro a cinco centímetros de lado, e parecem nada mais do que uma pilha altamente organizada de paus presos no lugar por uma linha de pesca tensa. Quando totalmente desdobradas, as hastes são rígidas e rígidas, enquanto os cabos elásticos são mais macios e mais flexíveis. Os desenhos, quando totalmente montados, têm alguma elasticidade - se você os apertar, a forma se deformará. Mas eles se encaixam novamente quando são liberados.
A equipe usou banhos de água quente para demonstrar como funciona o processo de descompressão de alta temperatura, mas até mesmo uma ferramenta como uma pistola de calor ou um secador de cabelo faria o truque. Só precisa ser consistente - o que, no atual estágio de desenvolvimento, pode ser problemático, diz Paulino. O controle da vibração também tem sido um desafio em outros tipos de projetos de tensegridade.
Paulino e Qi escolheram usar designs simples para facilitar o teste de laboratório, mas Paulino diz que não há limite para o que poderia ser feito no design.
Sua ideia é que as estruturas de tensegridade de polímero podem ser ampliadas e tornadas muito mais complexas, como as estruturas espaciais, ou inferiores, ao tamanho de algo que poderia caber no corpo humano. Imagine um stent que possa ser inserido em uma artéria, diz Paulino, que se auto-mobiliza uma vez em posição. Ou, se estruturas ligadas ao espaço fossem feitas de polímeros de memória de forma semelhantes, elas também pesariam muito menos do que uma estrutura semelhante feita de metal, permitindo lançamentos mais baratos de estruturas pré-montadas que poderiam ser usadas em laboratórios ou residências. espaço.
Esses ainda são apenas conceitos neste momento, embora ele tenha acrescentado algum interesse por parte de colegas médicos, e que a NASA já esteja explorando a tensegridade como uma abordagem para futuras missões espaciais.
Robert Skelton, que pesquisou a tensegridade para aplicações oceânicas e espaciais durante décadas na Texas A & M University, diz que o trabalho de Paulino e Qi tem um benefício de eficiência em relação a outros tipos de projetos de tensegridade.
"Uma boa vantagem do trabalho de Paulino e Qi é a pequena quantidade de energia necessária para endurecer os [struts]", escreveu Skelton por e-mail. Skelton acrescentou que um princípio semelhante está em ação quando você tira uma fita de metal: é pré-tensionada para ser levemente curvada quando é puxada para fora, mas plana enquanto enrolada. Elementos estruturais pré-tensionados têm sido uma abordagem importante para a construção do espaço, como no Telescópio Espacial Hubble, cujos painéis solares foram implantados com tiras de metal pré-tensionadas que são rígidas depois de totalmente abertas.
“O impacto [das estruturas de tensegridade da memória de forma] será tão amplo, com uma grande variedade de aplicações, na Terra e no espaço”, acrescentou Skelton.
Então, a próxima coisa que Paulino diz que ele e Qi vão abordar é levar seu conceito à escala - para cima e para baixo. E como tudo o que é necessário é uma impressora 3D e o material certo, isso pode ser feito em qualquer lugar depois que a técnica for aperfeiçoada.
"Demorou um pouco para chegar a esse nível, mas achamos que temos um bom ponto de partida para os próximos passos", diz Paulino. “Estamos muito animados com isso. Certamente não sabemos tudo o que ainda precisa ser feito, mas temos confiança de que temos a capacidade de progredir bem na ideia ”.
