Os metamateriais pentamodo comportam-se como um líquido - são metafluidos - o que os torna ideais para manipulação das ondas de som. [Imagem: Kadic et al./KIT]
Acústica transformacional
Cientistas alemães criaram uma nova classe de materiais que poderá mudar a forma como interagimos com os sons, tanto com os agradáveis, como a música, quanto com os desagradáveis barulhos.
A criação desse material inédito inaugura um novo campo de pesquisas, a chamada acústica transformacional, assim como existe uma óptica transformacional, muito conhecida graças aos trabalhos recentes na área de mantos da invisibilidade.
Metafluido pentamodo
Para começar, é melhor se acostumar com o som do nome da "coisa": os cientistas criaram um metafluido cristalino estável feito de metamateriais pentamodo.
Não é tão complicado quanto parece.
O material se comporta com um fluido ideal, mas é sólido e estável - e isto explica toda a primeira parte do nome.
Ele foi feito com os já bem conhecidos metamateriais, aqueles dos mantos da invisibilidade.
A grande novidade é o pentamodo - mas isto já exige alguma introdução.
Esta nova classe de materiais, chamados pentamodos, foi prevista na teoria por Graeme Milton e Andrej Cherkaev, em 1995.
Mas poucos acreditavam que eles pudessem ser sintetizados na prática.
O Dr. Muamer Kadic e seus colegas do Instituto Karlsruhe de Tecnologia foram buscar a ponte sobre o Rubicão, segundo ele - uma referência à travessia histórica de Júlio César sobre esse rio - nos mesmos metamateriais que estão sendo usados para criar, além dos mantos de invisibilidade, camuflagens acústicas, escudos aquáticos e até proteções contra tsunamis.
"Construir um metamaterial pentamodo é quase tão difícil quanto tentar construir um andaime de alfinetes que só podem se tocar em suas pontas," afirmou o pesquisador.
Ele não usou alfinetes, mas um polímero, manipulado em nanoescala para formar cadeias moleculares com o formato de um charuto.
O comportamento e as propriedades mecânicas do material final dependem inteiramente do tamanho dos nanocharutos e do ângulo no qual suas extremidades se tocam para formar a estrutura.
Acústica transformacional
Como, para ter utilidade prática, a estrutura deve ter a maior dimensão possível, o material acaba tendo a textura de um aerogel, altamente poroso - o polímero propriamente dito responde por menos de 1% da massa total.
"Para obter resultados 3D similares, como na óptica transformacional, a acústica transformacional depende exclusivamente dos metamateriais. Em vista disso, esse primeiro protótipo do nosso metamaterial pentamodo é um sucesso muito significativo," acrescentou Tiemo Bückmann, membro da equipe e quem teve a paciência de empilhar os "nanocharutos poliméricos".
Ele contou com a ajuda de uma técnica recente de nanoconstrução, chamada litografia a laser tridimensional, criada no mesmo instituto por Martin Wegener, que a tem usado em diversos feitos recentes no campo dos metamateriais ópticos, incluindo o primeiro manto da invisibilidade para luz visível e um escudo acústico.
Ou seja, com essa realização, será necessário passar a distinguir entre metamateriais ópticos e metamateriais acústicos.
Contudo, o conceito de um material pentamodo vai muito além, e poderão surgir novos usos e aplicações agora que se demonstrou que eles podem ser fabricados na prática.
À esquerda o material pentamodo ideal previsto pelos teóricos. À direita, como os cientistas alemães sintetizaram seu metamaterial. [Imagem: Kadic et al./KIT]
O que são pentamodos?
O comportamento mecânico dos materiais - imagine o ferro e a água, como exemplos - é expresso em termos de parâmetros de compressão e de cisalhamento.
O fato de que é extremamente difícil comprimir a água no interior de um cilindro é descrito através do seu parâmetro de compressão.
Por outro lado, o fato de que a água pode ser agitada em todas as direções, simplesmente mergulhando e mexendo a mão em seu interior, é expresso através de parâmetros de corte, ou cisalhamento.
No caso da água, os cinco parâmetros de cisalhamento - daí o prefixo penta - igualam a zero, e apenas um parâmetro, a compressão, é diferente de zero.
Mas, no caso do ferro, você não vai conseguir mergulhar a mão em seu interior e agitá-lo, isto é, cortá-lo requer forças significativas. Assim, vários de seus parâmetros serão diferentes de zero.
Em termos de parâmetros, o estado ideal de um metamaterial pentamodo corresponde ao estado da água - é por isso que esse material é chamado de metafluido.
Teoricamente, pode-se obter qualquer propriedade mecânica concebível em um material apenas fazendo variar os parâmetros relevantes.
Construir o novo material é outra história, embora o feito agora demonstrado pelos pesquisadores alemães comprove que fazer andaimes de alfinetes pode não ser tão difícil assim.
Bibliografia:
On the practicability of pentamode mechanical metamaterials
Muamer Kadic, Tiemo Buckmann, Nicolas Stenger, Michael Thiel, Martin Wegener
Applied Physics Letters
Vol.: 100 (19): 191901
DOI: 10.1063/1.4709436
http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1203/1203.1481.pdf
On the practicability of pentamode mechanical metamaterials
Muamer Kadic, Tiemo Buckmann, Nicolas Stenger, Michael Thiel, Martin Wegener
Applied Physics Letters
Vol.: 100 (19): 191901
DOI: 10.1063/1.4709436
http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1203/1203.1481.pdf
Fonte: Inovação Tecnologica
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