Materiais inteligentes

A evolução humana está ligada à manipulação do ambiente circundante. Começando com o primeiro hominídeo que utilizou uma pedra como ferramenta — ou um osso conforme a icônica cena do filme 2001: Uma Odisseia no Espaço —, chegamos à conhecida como ciência dos materiais. Esta disciplina utiliza a física, a química e a engenharia para analisar como os materiais estão formados e quais são suas propriedades físicas. Ela também descobre e desenvolve novos materiais, como os smart materials, com o objetivo de encontrar novos usos aplicáveis em qualquer setor.

O que são os materiais inteligentes?

Os smart materials são aqueles manipulados para responder de forma controlável e reversível — modificando alguma de suas propriedades — a estímulos externos, como pode ser uma determinada tensão mecânica ou certa temperatura, entre outros. Por sua capacidade de resposta, os smart materials também são conhecidos como responsive materials — traduzido normalmente como materiais "ativos", talvez seria mais exato dizer "reativos" —.

Estamos falando, por exemplo, de roupa esportiva com válvulas de ventilação que reagem à temperatura e à umidade, abrindo-se quando o usuário começa a suar e fechando-se quando o corpo se esfria, de edifícios que se adaptam às condições atmosféricas como vento, calor ou chuva, ou de medicamentos que são liberados no sangue ao ser detectada alguma infecção viral.

Tipos de materiais inteligentes

Existem atualmente diferentes tipos de materiais inteligentes e diariamente — graças ao investimento em P+D+inovação — surgem novos. Entre eles, cabe destacar os seguintes:

 Materiais piezoelétricos

Podem converter a energia mecânica em elétrica e vice-versa. Por exemplo, mudam de forma com um impulso elétrico ou produzem uma carga elétrica como resposta a um esforço mecânico aplicado.

 Materiais com memória de forma

Possuem a capacidade de mudar de forma, inclusive de retornar à forma original, ao serem expostos a uma fonte de calor, entre outros estímulos.

 Materiais cromoativos

Mudam de cor ao serem submetidos, por exemplo, a uma determinada variação de temperatura, luz, pressão, etc. Hoje em dia são utilizados em setores como o ótico, entre outros.

 Materiais magnetorreológicos

Modificam suas propriedades na presença de um campo magnético. Atualmente, são utilizados, por exemplo, em amortecedores para evitar vibrações sísmicas em pontes ou arranha-céus.

 Materiais fotoativos

Há vários tipos: os eletroluminescentes emitem luz quando recebem impulsos elétricos; os fluorescentes devolvem a luz com maior intensidade; e os fosforescentes são capazes de emitir luz após cessar a fonte inicial.

Exemplos e aplicações de materiais inteligentes

A ciência dos materiais é uma fonte constante de notícias sobre novas descobertas que poderiam revolucionar o nosso futuro. A seguir, repassamos alguns dos materiais mais surpreendentes dos últimos anos:

• Tela de aranha sintética. Este material, além de ser cinco vezes mais forte do que o aço, também possui uma grande elasticidade. Seus possíveis usos são, entre outros: Roupa à prova de balas, pele artificial para pessoas com queimaduras ou adesivos resistentes à água.

• Shrilk. Seu componente principal é a quitina, um carboidrato que se encontra na carapaça do kril. Foi criado por pesquisadores da Universidade de Harvard e está considerado o substituto ideal do plástico — pois seu tempo de decomposição é de tão só duas semanas e, além disso, funciona como estimulante para o crescimento das plantas —.

• Grafeno. Seus usos possíveis são quase ilimitados: baterias com mais autonomia; células solares fotovoltaicas mais baratas, computadores mais rápidos, dispositivos eletrônicos flexíveis, edifícios mais resistentes, membros biônicos, etc. Tudo isto é possível graças às suas múltiplas propriedades.

 VER INFOGRÁFICO: As principais propriedades do grafeno [PDF] Link externo, abra em uma nova aba.

• Metamateriais. São fabricados em laboratório com propriedades físicas insólitas que não são encontradas na natureza e são objeto de pesquisa em campos como o militar, na ótica ou na telefonia. Podem, por exemplo, curvar as ondas eletromagnéticas da luz criando índices de refração negativos.

• XPL. É um polímero baseado no silicone que se adere à derme como uma segunda pele. Criada por cientistas do Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), replica a aparência de uma pele jovem e saudável, rejuvenescendo o aspecto do seu portador.

Além destes, há outros materiais que foram manchete nos últimos anos. Entre eles, cabe citar o estaneno, que poderia ser o supercondensador do futuro; o siliceno, que muitas pessoas comparam com o grafeno; o dióxido de vanádio, cuja capacidade para transmitir eletricidade sem emitir calor promete revolucionar a eletrônica; ou o cimento termocrômico e o concreto autorreparável, destinados a aumentar a eficiência energética das moradias e a vida útil das construções, respectivamente.

Uma das áreas de pesquisa onde a ciência dos materiais avançou mais nos últimos anos é a de desenvolvimento de novos materiais para seu uso na impressão 3D, que se utiliza em setores tão variados como o design, medicina, arquitetura ou alimentação. Os mais utilizados são os termoplásticos, especialmente o ácido polilático (PLA) e o acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), que se utilizam em carcaças de celulares, brinquedos ou carrocerias de carros. Da mesma forma, também estão começando a ser impressos materiais inteligentes graças às impressoras 4D.