Cientistas da Georgia Tech University (Estados Unidos), da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura e da Universidade de XI’an Jiaotong (China) criaram um novo tipo de impress�o 4D que modifica a forma original de objetos mediante exposi��o ao calor ou � umidade. O estudo sobre a descoberta foi publicado na revista cient�fica Science Advances. Os pesquisadores usaram um material especial, os pol�meros de formato de mem�ria inteligente (SMPS, na sigla em ingl�s) — capazes de memorizar formas, por meio de programa��o.

“O material tem uma forma inicial. N�s usamos a sensibilidade � temperatura, uma das propriedades mec�nicas dos pol�meros, para obter o efeito de mem�ria. Ele � programado para adquirir nova forma depois de submetido ao calor”, explica Jerry Qi, professor da Faculdade de Engenharia Mec�nica da Georgia Tech University e um dos autores do estudo.

Para programar os pol�meros, os estudiosos os aqueceram a temperaturas acima da transi��o v�trea — entre 45 e 60 graus Celsius — e esticaram o material. Para manter a forma distendida, os pol�meros foram, posteriormente, esfriados. O novo formato adquirido permaneceu intacto sob temperatura ambiente. O material somente pode retornar � apar�ncia inicial se aquecido novamente.

De acordo com Jerry Qi, cada camada foi projetada para responder de maneira diversa ao ser exposta ao calor. “N�s usamos propriedades diferentes e, tamb�m, um pouco de tens�o residual desenvolvida durante o processo de impress�o para dirigir a mudan�a da forma. O segundo formato pode ser concebido colocando-se cuidadosamente os dois materiais em locais espaciais diferentes na pe�a nos par�metros de impress�o”, destaca o pesquisador. Simula��es de computador ajudam a determinar comportamentos espec�ficos para a impress�o. “A nova abordagem simplifica e aumenta, significativamente, o potencial da impress�o em 4D, incorporando a programa��o mec�nica p�s-processamento diretamente na impress�o em 3D. Isso permite que componentes impressos em 3D e em alta resolu��o sejam projetados por simula��o computacional, para depois serem transformados em novas configura��es permanentes por meio de um simples aquecimento”, acrescenta o coautor.

Aplica��es

As pe�as em 4D ter�o potencial para uma s�rie de recursos. Elas podem conceber que produtos sejam empilhados de forma plana ou laminada para transporte e expandidos quando utilizados. Os pesquisadores creem que, no futuro, a tecnologia permitir� que os componentes respondam a outros est�mulos f�sicos — como temperatura, umidade e luminosidade —, de forma mais precisa e cronometrada, o que permitir� a cria��o de estruturas espaciais, dispositivos m�dicos implant�veis, rob�s, brinquedos e outros objetos.

“A inova��o desse estudo est� no material, n�o no tipo de impressora. � uma boa descoberta, por meio da qual os cientistas conseguem alterar parte da estrutura do objeto. Eles combinaram alguns pol�meros no material e, com isso, obtiveram uma programa��o estrutural”, comenta Leonardo Amaral, que faz pesquisas sobre desenvolvimento de impressoras 3D do Instituto Nacional de Telecomunica��es (Inatel). Para ele, a impress�o 4D ainda � uma vertente muito nova.

Marcelo Zuffo, doutor em engenharia el�trica pela Universidade de S�o Paulo (USP), afirma que os SMPS s�o, na realidade, uma variedade de pol�meros com uma caracter�stica funcional. “Na realidade, seria um pl�stico com mem�ria inteligente. Al�m do pol�mero, existem outros materiais com tal caracter�stica. Esses materiais t�m pontos de fus�o divergentes e diferentes caracter�sticas mec�nicas. Eles partem de um princ�pio de mem�ria de um ponto de fus�o.”

Especialista em ci�ncia da computa��o pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e professor adjunto da Universidade Federal de Ouro Preto, Ricardo Rabelo explica que as aplica��es desse tipo de objeto s�o muito diversificadas — variam de canos adapt�veis a condi��es clim�ticas ou ambientais, al�m de utens�lios dom�sticos, ve�culos e ferramentas de autoconfigura��o. “Canos usados em tubula��es poderiam ser readaptados em situa��es extremas, como terremotos, sem precisar ser substitu�dos. A mudan�a da forma se torna mais control�vel do que apenas a elasticidade de determinados materiais.” Rabelo cr� que a impress�o 4D poder� ser �til para astronautas, ao dar origem a m�veis dom�sticos que se reconfiguram facilmente. “Voc� compra um m�vel que vem empacotado. Se ativar um est�mulo f�sico, ele mudar� de forma. Ele sai do modo empacotado e se reconfigura para o que voc� desejar. Se o reverso ocorrer, voc� poder� guard�-lo novamente para transporte.”

O pr�ximo passo da pesquisa ser� integrar o m�todo em nova forma de fabricar ferramentas. “Atualmente, estamos trabalhando para obter uma maior compreens�o sobre o comportamento dos pol�meros que se alteram com o calor e, em seguida, veremos como otimizar o projeto. Al�m disso, queremos expandir isso para projetos 4D mais complicados”, afirma Jerry Qi.

Quarta dimens�o (4D)
A quarta dimens�o � vinculada � no��o de tempo. Os objetos modificam a forma sob influ�ncia de efeitos f�sicos — temperatura e umidade — e do tempo.

Macromol�culas 
Os pol�meros s�o macromol�culas que se originam por meio de v�rias unidades de mol�culas pequenas. Existem v�rios tipos de pol�meros (naturais e artificiais) Eles podem ser encontrados na composi��o da borracha, policloreto de vinila (PVC), n�ilon e poli�ster, entre outros.

Transi��o de estados 
A temperatura faz com que os pol�meros passem da fase s�lida para o estado l�quido. Os pol�meros s�o materiais s�lidos com estrutura desordenada, e quando mudam de estado n�o est�o realizando uma fus�o, mas sim uma transi��o de fase chamada transi��o v�trea.