Desenvolvimentos recentes criaram
novos tipos de materiais de engenharia, conhecidos como materiais inteligentes,
com propriedades físicas singulares. Vários dos materiais usados nessas
estruturas já eram conhecidos, mas só recentemente tornou-se possível
aplicá-los.
Alguns desses materiais
possibilitaram o desenvolvimento de sensores e atuadores (dispositivos de
controle) mais eficientes, possibilitando melhorar o desempenho e a segurança
de várias máquinas, sistemas e veículos.
A denominação “inteligente” se
justifica pela capacidade que esses materiais têm de transformar um tipo de
energia em outro, de forma controlada e mensurável. Isso possibilita, por
exemplo, transformar calor (energia térmica) em movimento (energia mecânica) ou
tensão elétrica (energia elétrica) em deformação (energia mecânica).
Os materiais inteligentes são
classificados segundo o tipo de transformação de energia que realizam. Os três
tipos mais usados são: piezelétricos, com memória de forma e eletroativos.
Materiais piezelétricos são os
que permitem transformar deformações mecânicas em energia elétrica e
vice-versa. Eles se deformam (se alongam ou se contraem) quando são submetidos
a campos elétricos. E, inversamente, geram tensões elétricas quando são
deformados mecanicamente. Há cerâmicas e polímeros que apresentam esse efeito
em um nível que permite seu uso prático.
Os polímeros piezelétricos aceitam
grandes deformações, mas não geram tensões elétricas muito elevadas. Por outro
lado, as cerâmicas se deformam menos, mas geram tensões muito mais altas. Os
materiais cerâmicos (mais rígidos, menos flexíveis) são usados para construir
sensores e pequenos motores de precisão que funcionam por vibração mecânica.
Algumas cerâmicas, ao se deformarem, podem vibrar a frequências altíssimas,
chegando a executar milhões de oscilações por segundo.
Outro tipo de material
extremamente útil são as ligas com memória de forma. Elas permitem criar
estruturas que alternam sua forma entre duas geometrias diferentes, como
resposta à aplicação de calor. A liga com memória tem capacidade de sofrer
deformação pseudoelástica, isto é, ela pode ser deformada por forças externas e
recuperar a sua forma original quando a força é retirada.
Esse efeito pode ser aplicado em
situações em que a temperatura do material é alterada para, por exemplo,
modificar a geometria da asa de aviões em pleno voo, de forma passiva (sem
gasto adicional de energia). Essas ligas também são usadas nos aparelhos
ortodônticos, próteses, stents, engenharia mecânica, aeronáutica e eletrônica
etc.
Fluidos eletroativos são misturas
cujas propriedades físicas da solução se alteram quando submetidas à corrente
elétrica. Neste caso, suas partículas – inicialmente dispersas aleatoriamente –
polarizam-se eletricamente e se agrupam em filamentos, formando uma espécie de
rede. Exemplos de sistemas que funcionam por esse efeito são os amortecedores
ativos de veículos e coletes à prova de bala mais leves e maleáveis.
Referências
DEL CLARO, V. T.; RADE, D. A.;
STEFFEN, V. Estruturas inteligentes.
Ciência Hoje 303, v. 51, maio 2013.
LAGOUDAS, D. C. Shape memory alloys – modeling and
engineering applications. College Station: Springer, 2008.