Um metamaterial é uma microestrutura composta por elementos mais pequenos, como hastes ou placas, que funciona como um material padrão a uma escala maior, mas com propriedades controladas pelo projetista. Estes materiais de pequena escala são compostos por blocos idênticos e repetidos, denominados células unitárias.
Um material é auxético quando, ao ser comprimido numa direção, contrai nas direções opostas, em vez de se expandir, que é o comportamento típico dos materiais devido ao efeito Poisson. Da mesma forma, quando esticado, expande-se nas direções opostas, em vez de se contrair.
O metamaterial patenteado pelo grupo de investigação GAMOSINOS (Grupo Avançado de Modelação e Simulação Não Linear de Sólidos) da Escola Técnica Superior de Engenharia Aeronáutica e Espacial (ETSIAE) pode exibir propriedades auxéticas e não auxéticas, dependendo da configuração. “A principal vantagem da nossa invenção é que pode alterar as suas propriedades mecânicas sem modificar a forma da célula e, por isso, as peças com propriedades variáveis podem ser reproduzidas com grande facilidade. Isto é conseguido alterando as ligações verticais e laterais entre as células, que são feitas através de barras que podem ser ligadas a diferentes nós. Esta variação é o que gera diferentes configurações com diferentes propriedades mecânicas”, explicam os investigadores da Universidade Politécnica de Madrid (UPM).
Dada esta configuração, o seu potencial reside em oferecer uma maior resistência aos danos por impacto do que outros materiais actualmente disponíveis. “Portanto, poderia ser altamente aplicável no setor aeroespacial para melhorar o desempenho de vários componentes e até mesmo reduzir o seu peso. Pode ser utilizado como material de enchimento para células de bordo de ataque em aeronaves e turbinas eólicas, que devem ser resistentes a impactos e de células abertas para evitar a acumulação de água. Atualmente, algumas destas células são preenchidas com painéis sanduíche de espuma, que apresentam o problema de acumular água que não pode ser facilmente removida. Estes componentes podem sofrer, por exemplo, o impacto de uma ave ou projétil, ou serem danificados pelo congelamento da água retida”, explica GAMOSINOS.
“Mais especificamente, as pás dos helicópteros ou das turbinas eólicas, que são geralmente também painéis sanduíche preenchidos com espuma, podem ser melhoradas com este metamaterial. Da mesma forma, os radomes frontais das aeronaves devem ser permeáveis à radiação, uma vez que geralmente albergam as antenas de radar frontais, mas, ao mesmo tempo, devem oferecer uma boa resistência a um possível impacto. Estes são aspetos em que o grupo de investigação está atualmente a trabalhar”, concluem.
Contexto da invenção
A invenção surgiu do projeto de final de curso de Guillermo Gómez Carano, inventor do metamaterial juntamente com Luis Saucedo Mora, Miguel Ángel Sanz Gómez e Francisco Javier Montans Leal, todos membros do grupo de investigação GAMOSINOS. Guillermo Gómez Carano está atualmente a concluir o seu mestrado em Matemática Industrial (MUMI), um programa de pós-graduação interuniversitário oferecido pela ETSIAE (Escola de Engenharia Aeroespacial), ao mesmo tempo que trabalha como engenheiro de dados na empresa WhiteBox.
A concessão da patente demorou mais de um ano devido à necessária revisão externa para demonstrar a sua originalidade em relação às patentes existentes nas diferentes bases de dados internacionais.
A investigação sobre este metamaterial continua no âmbito do grupo GAMOSINOS. José María Benítez Baena, Laura Moreno Corrales, Ismael Ben-Yelun Insenser e Ricardo Callado Sanz estão a colaborar no seu desenvolvimento e implementação contínuos, incluindo validação experimental e estudos numéricos para a sua integração em estruturas otimizadas.
Este trabalho insere-se também no projeto europeu XS-Meta, coordenado pelo grupo da ETSIAE, com a participação da ENSAM e da GT-Lorraine em França, da NUIG na Irlanda, da RWTH Aachen University na Alemanha, da University of Florida e da Georgia Tech nos Estados Unidos, e do INTA em Espanha. Conta ainda com a colaboração da OXMET (Inglaterra), da XEV (Itália) e da ESI (França), empresas especializadas em diversas áreas relacionadas com metamateriais e impressão 3D, desde implantes a veículos elétricos e à indústria aeroespacial. O projeto XS-Meta visa desenvolver novos metamateriais e processos de cálculo estrutural para impressão 3D. A investigação está a ser conduzida em defeitos de impressão 3D, bem como em diferentes técnicas de design generativo, análise multiescala e caracterização de componentes.
