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Em um artigo publicado na revista científica Nature Communications, o professor Wenhui Duan, do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Monash, Austrália, diz que o novo padrão, somando-se aos oito padrões de projeto estrutural biológicos conhecidos e comuns, pode adicionar um padrão de design de alta resistência a materiais de construção comumente usados, como compósitos e cimento, e pode também ajudar a reduzir as emissões de carbono.
A equipe de pesquisa replicou o design encontrado na natureza ao cimento, um dos materiais de construção mais consumidos no mundo. Eles adotaram uma técnica de impressão 3D combinada com nanotecnologia e inteligência artificial para fabricar um composto de cimento leve que adotou o padrão de design segmentado, demonstrando uma capacidade de carga superior e um padrão de falha progressivo exclusivo.
“Demonstramos a aplicação deste design na produção de um material de cimento leve de alta resistência e tolerante a danos. Além disso, esse design também pode ser aplicado a vários materiais, como cerâmica, vidro, materiais poliméricos e metálicos para design de materiais avançados, energia armazenamento/conversão e estruturas arquitetônicas, em colaboração com as equipes da Universidade de Queensland e da Universidade de Manchester”, diz o professor Duan.
Desde a descoberta da estrutura helicoidal em 1972, um dos padrões estruturais mais comuns na biologia, tem havido um esforço para extrair padrões de design de mais de 7 milhões de espécies vivas no mundo para ajudar na fabricação de materiais estruturais. Após quase 50 anos de pesquisa, repetições notáveis foram confirmadas na maioria das classes de espécies, mas apenas oito categorias de padrões de design foram extraídas e adotadas em design de materiais, até agora.
A nova estrutura de design foi identificada em várias espécies, como os exoesqueletos de artrópodes (como o exemplo da cigarra trocando seu exoesqueleto do início deste post), além de pernas de mamíferos, anfíbios e répteis. Esses padrões de design são fontes valiosas de inspiração para o design de materiais modernos e auxiliam na fabricação de material estrutural.
“Comparado com o motivo de projeto atual, nosso motivo de projeto segmentar dissipa a energia pela rotação do segmento. A beleza do padrão de projeto descoberto é que o material pode exibir um comportamento de falha progressiva periódica única. Isso significa que podemos conter o dano dentro de uma determinada região de material, enquanto o resto da estrutura ainda pode manter a integridade e a maior parte (cerca de 80%) da capacidade de carga.”
Fontes: New discovery in animal exoskeletons leads to advances in designing construction materials. Science Daily.
