Líquido inteligente criado em Harvard é uma estranha (e mágica) “nova classe de fluidos”

ZAP // Dall-E-2

É ao mesmo tempo um fluido newtoniano e não-newtoniano (algo sem precedentes) e tem viscosidade, compressibilidade e propriedades ópticas programáveis — com aplicações práticas notáveis.

Investigadores de Harvard afirmam ter desenvolvido um metafluido programável, a que chamam “líquido inteligente“, que contém elasticidade ajustável, propriedades ópticas ajustáveis e viscosidade variável.

O líquido tem até a capacidade aparentemente mágica de alternar entre um fluido newtoniano e um fluido não newtoniano — um líquido em que a tensão tangencial é proporcional à velocidade na direção da tangente.

A fórmula exacta da equipa ainda é um segredo. No entanto, os investigadores acreditam que o seu líquido inteligente pode ser usado em inúmeras aplicações, desde robôs programáveis a amortecedores inteligentes ou mesmo em dispositivos ópticos que podem alternar entre estados transparentes e opacos.

Os investigadores apresentaram o seu estudo num artigo publicado esta quarta-feira na revista Nature.

“Estamos apenas ver a ponta do icebergue do que é possível com esta nova classe de fluido”, diz Adel Djellouli, investigador da Universidade de Harvard e primeiro autor do artigo. “Com esta plataforma, é possível fazer tantas coisas diferentes em tantos domínios diferentes“.

Um metafluido programável líquido inteligente como o agora desenvolvido em Harvard tem “atributos notáveis“, explica o DeBrief.

De acordo com os autores do estudo, o desenvolvimento chave por detrás do seu primeiro metafluido programável são as esferas de elastómero que variam entre 50 e 500 microns e que povoam todo o líquido inteligente.

Estas esferas personalizadas “dobram-se” sob pressão, o que altera radicalmente as propriedades do fluido global. Isto inclui alterações nas propriedades ópticas do fluido, na sua viscosidade e até na sua compressibilidade.

Novas classes de metamateriais sólidos podem conter algumas destas mesmas propriedades únicas; no entanto, a incorporação destas características programáveis num fluido que pode mudar para se adaptar à forma do seu recipiente abre todo um mundo de possibilidades.

“Ao contrário dos metamateriais sólidos, os metafluidos têm a capacidade única de fluir e de se adaptarem à forma do seu recipiente”, explica Katia Bertoldi, professora de Mecânica Aplicada da SEAS e autora sénior do artigo.

“O nosso objetivo era criar um metafluido que não só possuísse estes atributos notáveis, mas também fornecesse uma plataforma para viscosidade, compressibilidade e propriedades ópticas programáveis.”

O derradeiro metafluido programável

Para criar o seu líquido inteligente, os investigadores fabricaram centenas de milhares destas esferas de elastómero deformáveis cheias de ar. Em seguida, as esferas foram suspensas num meio de óleo de silicone.

Se o processo for feito corretamente, os investigadores afirmam que as suas esferas de dimensões variáveis colapsam sob pressão, formando uma “meia esfera semelhante a uma lente”. Da mesma forma, quando a pressão é removida, as esferas devem voltar à sua forma original.

Num esforço para demonstrar a capacidade de programação do líquido inteligente resultante, os investigadores colocaram-no numa pinça robótica hidráulica.

Como esperado, a mão do robô foi capaz de “sentir” e pegar em objectos extremamente frágeis, incluindo um ovo, uma garrafa de vidro e um mirtilo, sem os partir, graças à variabilidade do metafluido.

“Num sistema hidráulico tradicional alimentado por ar ou água simples, o robô precisaria de algum tipo de deteção ou controlo externo para poder ajustar a sua aderência e apanhar os três objectos sem os esmagar”, explica um comunicado de imprensa que anuncia a investigação.

“Mas com o metafluido, não é necessária qualquer deteção. O próprio líquido responde a diferentes pressões, alterando a sua conformidade para ajustar a força da pinça de modo a conseguir apanhar uma garrafa pesada, um ovo delicado e um pequeno mirtilo, sem qualquer programação adicional.”

“Mostrámos que podemos utilizar este fluido para dotar de inteligência um simples robot”, acrescentou Djellouli.

Esta viscosidade programável ocorre porque as alterações de pressão fazem com que o líquido passe de fluido newtoniano para fluido não newtoniano.

Um fluido newtoniano altera a sua viscosidade em resposta a alterações de temperatura, enquanto um fluido não newtoniano altera a sua viscosidade em resposta a alterações de pressão.

Ter um líquido que pode ser ambos é algo sem precedentes.

“Quando as cápsulas são esféricas, o metafluido comporta-se como um fluido newtoniano, o que significa que a sua viscosidade só muda em resposta à temperatura”, explica o comunicado de imprensa publicado pela equipa no EurekAlert.

“No entanto, quando as cápsulas são colapsadas, a suspensão transforma-se num fluido não newtoniano, o que significa que a sua viscosidade muda em resposta à força de cisalhamento: quanto maior for a força de cisalhamento, mais fluido se torna.”

Para além da capacidade de alterar a sua viscosidade sob pressões e temperaturas variáveis, os investigadores afirmam que o metafluido também mostrou uma capacidade notável de alterar as suas propriedades ópticas, mudando facilmente entre estados transparentes e opacos.

Isto deve-se ao facto de a forma normal de bolha das esferas dispersar a luz e torná-la opaca, de forma semelhante à turvação da água gaseificada.

Por outro lado, quando as esferas se colapsam numa forma de lente, permitem a passagem da luz, fazendo com que elas e o seu meio líquido pareçam transparentes.

A equipa está agora a investigar as propriedades acústicas e termodinâmicas do novo líquido inteligente para descobrir os seus outros segredos.

Até lá, dizem os investigadores, o seu líquido é escalável e fácil de fabricar, oferecendo o potencial para ser utilizado em ambientes comerciais ou industriais quase imediatamente. “O espaço de aplicação para estes metafluidos expansíveis e fáceis de produzir é enorme“, afirmou Bertoldi.