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Cientistas criam material 'não cortável' 85% menos denso que o aço

Proteus poderia algum dia ser usado para criar armaduras e fechaduras extremamente fortes e leves.

• A resistência do material vem da disposição única das esferas de cerâmica e alumínio que o compõem.
• Esse arranjo é encontrado em algumas estruturas biológicas, como escamas de peixes.
• Proteus está atualmente aguardando uma patente.

Como o peixe piranha da Amazônia consegue bloquear as picadas de piranhas com dentes afiados? As escamas do peixe são extremamente resistentes e flexíveis, com uma camada externa dura e uma camada interna composta por fibras dispostas umas sobre as outras em um formação de escada em espiral . Esta estrutura única permite uma combinação de características incomuns em substâncias artificiais: força e flexibilidade.

Inspirado por esses tipos de estruturas biológicas, uma equipe de pesquisadores usou princípios de design semelhantes para criar uma estrutura metálica 'não cortável' com apenas 15% da densidade do aço. O material, apelidado de Proteus, poderá algum dia ser usado para fazer produtos de metal superfortes e leves, como armaduras e fechaduras para bicicletas.

Stefan Szyniszewski et al.

A equipe criou o Proteus organizando esferas microscópicas de cerâmica em uma matriz de espuma de alumínio altamente compressível. Quando algo como uma rebarbadora corta em Proteus, a estrutura promove uma série de vibrações que se movem para frente e para trás. Esse movimento excita as esferas cerâmicas, fazendo com que elas se quebrem em partículas. Em seguida, essas partículas preenchem as lacunas na matriz da espuma, tornando ainda mais difícil cortar o material.

Stefan Szyniszewski et al.

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'Essencialmente, cortar nosso material é como cortar uma gelatina cheia de pepitas', disse o autor principal Stefan Szyniszewski, professor assistente de mecânica aplicada no Departamento de Engenharia de Durham Novo Atlas . 'Se você passar pela gelatina, você atinge as pepitas e o material vibra de tal forma que destrói o disco de corte ou a broca.'

'As cerâmicas embutidas neste material flexível também são feitas de partículas muito finas que enrijecem e resistem à rebarbadora ou furadeira quando você está cortando em alta velocidade, da mesma forma que um saco de areia resistiria e pararia uma bala em alta velocidade.'

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Um vídeo de demonstração mostra uma rebarbadora fazendo um pequeno corte na superfície do material, mas não penetrando muito mais longe. Em um estudo publicado em Nature Scientific Reports , os pesquisadores disseram que é porque a lâmina não fez contato suficiente com as esferas de cerâmica para produzir vibrações fortes o suficiente para interromper o corte.

'No entanto, à medida que o corte avançava, aumentou a região de contato com a borda do disco', escreveram eles. 'Consequentemente, as vibrações laterais do disco foram geradas, o que criou uma interface dinâmica com a esfera de cerâmica parcialmente cortada.'

Os pesquisadores também observaram que um 'cortador de jato de água se tornou igualmente ineficaz pela curvatura das esferas na região do lado sotavento, que alargou a seção transversal do jato e, conseqüentemente, reduziu a velocidade do jato cinquenta vezes de acordo com nossa estimativa.'

Proteus está atualmente aguardando a patente e pode levar anos para que o material chegue ao mercado. Mas se esses tipos de materiais se tornarem amplamente disponíveis, isso poderia abrir a porta para novas tecnologias - como armadura impenetrável - que são inspirados por adaptações biológicas que estão ocorrendo há milhões de anos.