Impressão 4D? A união de fabricação aditiva e materiais inteligentes

Impressão 4D? A união de fabricação aditiva e materiais inteligentes

Enquanto ainda estamos tentando entender sobre as possibilidades e limites da impressão tridimensional e a manufatura aditiva, mais um termo chega para o nosso vocabulário. A impressão 4D nada mais é que uma tecnologia de fabricação digital, de impressão 3D, onde se inclui uma nova dimensão: a temporal. Isso quer dizer que o material impresso, após pronto, poderá se modificar, transformar ou se movimentar autonomamente por conta de suas propriedades intrínsecas que respondem aos estímulos do ambiente.

O conceito foi popularizado pelo pesquisador Skylar Tibbits, que dirige o Self-Assembly Lab do Massachusetts Institute of Technology (MIT), em colaboração com as empresas Stratasys e Autodesk. A tecnologia ainda é bastante nova, mas espera-se que ela seja utilizada em muitos campos, desde a construção civil, infraestrutura, indústria automobilística e aeronáutica e até mesmo para a saúde, combinado com a bioimpressão.

A impressão 4D depende diretamente dos materiais que comporão o objeto. Os chamados materiais inteligentes, como a pesquisadora Anna Ploszajski mostra nesta palestra, são sólidos que possuem uma propriedade, - sua forma, dimensões ou cor -, que muda em resposta a um estímulo externo, como calor, luz, umidade, pressão ou magnetismo, apenas por causa de suas propriedades materiais internas. Segundo Anna aponta neste artigo: “O mundo material tridimensional de hoje é feito de materiais passivos e inanimados, como tijolo, aço e vidro. Estruturas quadridimensionais são feitas de "materiais inteligentes" (ativos e animados), que se movem de forma autônoma - inchando, encolhendo ou dobrando em reação a um estímulo - combinados com materiais passivos. Isso permite que eles se movam e mudem sem robótica, eletrônica ou motores.”

Details of the 4-D Printed Cube and the 4-D Printed Truncated Octahedron. Because of the properties of the layered materials, the objects self-assemble. Courtesy of Self-Assembly Lab, MIT, Stratasys Ltd., Autodesk Inc.
Details of the 4-D Printed Cube and the 4-D Printed Truncated Octahedron. Because of the properties of the layered materials, the objects self-assemble. Courtesy of Self-Assembly Lab, MIT, Stratasys Ltd., Autodesk Inc.

Ela cita o exemplo da pinha, como um material inteligente natural. Resumindo seu funcionamento, duas camadas de fibras rígidas que correm em direções distintas permitem abrir ou fechar a pinha, para que as sementes só sejam liberadas quando o tempo estiver propício para a germinação no solo (quente e seco). Quando a umidade é alta, a pinha permanece fechada, protegendo as sementes. De fato, buscar entender e replicar os complexos processos da natureza de adaptabilidade, resiliência e eficiência é algo que motiva engenheiros de materiais. É também a força motriz da biomimética, em que a impressão 4D pode permitir materializar muitas das ideias que a tecnologia ainda não alcançou.

Programmable Carbon Fiber. Image Cortesia de Self-Assembly Lab, MIT; Carbitex LLC; Autodesk Inc
Programmable Carbon Fiber. Image Cortesia de Self-Assembly Lab, MIT; Carbitex LLC; Autodesk Inc

O principal intuito da impressão 4D é conseguir programar a matéria, fazendo-a reagir conforme os parâmetros ambientais. Mas para que isso pode servir? Skylar Tibbits mostra nesta palestra algumas experiências em curso, em que objetos, quando aquecidos ou estimulados de alguma forma, se dobram e assumem outro volume tridimensional. Mas o pesquisador também cita as diversas outras possibilidades, como para infraestrutura. Por exemplo, um encanamento de drenagem que possa se contrair ou se expandir conforme o fluxo de água. Ou ainda, uma rede de esgoto que possa transportar os resíduos através de contrações e relaxamentos similares aos movimentos peristálticos do intestino, podendo vencer as inclinações do terreno.

Programmable Wood. Image Cortesia de Self-Assembly Lab, MIT; Carbitex LLC; Autodesk Inc
Programmable Wood. Image Cortesia de Self-Assembly Lab, MIT; Carbitex LLC; Autodesk Inc
Programmable Wood. Image Cortesia de Self-Assembly Lab, MIT; Christophe Guberan, Product Designer; Erik Demaine, MIT CSAIL; Autodesk Inc.
Programmable Wood. Image Cortesia de Self-Assembly Lab, MIT; Christophe Guberan, Product Designer; Erik Demaine, MIT CSAIL; Autodesk Inc.

As aplicações futuras podem ser vistas nas indústrias de construção e manufatura ou de materiais avançados, onde as peças podem se autotransformar de matérias-primas para estruturas finais embutidas no local sem intervenção humana. Esta é realmente uma mudança radical em nossa compreensão das estruturas, que até agora permaneceram estáticas e rígidas (aeroespacial, automotiva, indústrias de construção etc.) e em breve serão dinâmicas, adaptáveis e ajustáveis para desempenho sob demanda. A impressão 4D aprimorada pela tecnologia de multimateriais pode provavelmente revolucionar nossa capacidade de controlar e programar materiais com precisão, desde a concepção da ideia até a impressão de transformações que mudam a forma. (Skylar Tibbits | The Self-Assembly Lab, MIT)

Já há, também, pesquisas sérias Impressão 4D de materiais poliméricos para regeneração de tecidos e órgãos, ou mesmo para a reconstrução de ossos. As possibilidades são muitas e as experimentações podem ir muito além. Imagine tudo o que materiais inteligentes e impressão 4D poderiam proporcionar às envoltórias dos edifícios, adaptando-se ao clima e respondendo aos mais diversos estímulos. Ainda que a tecnologia ainda esteja engatinhando e se concentre em alguns poucos laboratórios tecnológicos pelo mundo, parece que há um futuro promissor. Quando buscamos compreender e imitar a natureza, no lugar de buscar dominá-la, os resultados geralmente são impressionantes. Se a história mostra que não é o mais forte que sobrevive, mas o que melhor se adapta às mudanças, a impressão 4D com materiais inteligentes parece algo a se levar em conta.

Este artigo foi publicado originalmente em 29 de agosto de 2021.

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Sobre este autor
Cita: Eduardo Souza. "Impressão 4D? A união de fabricação aditiva e materiais inteligentes" 24 Nov 2021. ArchDaily Brasil. Acessado . <https://www.archdaily.com.br/br/966547/impressao-4d-a-uniao-de-fabricacao-aditiva-e-materiais-inteligentes> ISSN 0719-8906

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