Material tem rigidez alterada remotamente por ondas sonoras

Mecânica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 24/04/2026

Controle remoto de materiais

Um modo inusitado de controlar remotamente o comportamento de um material usando o som promete levar ao desenvolvimento de equipamentos de proteção, músculos robóticos e implantes médicos que ajustem sua rigidez sob demanda.

O material responde a frequências específicas de ondas acústicas, alterando regiões específicas, dobras mecânicas que determinam se diferentes áreas do material são macias ou rígidas.

As dobras funcionam como limites entre dois estados internos diferentes. Em ambos os lados de uma dobra, o material pode ser composto pelos mesmos átomos ou blocos de construção, mas esses blocos ficam orientados de maneira diferente em três dimensões.

Essa mudança sutil pode levar a propriedades mecânicas muito diferentes porque as dobras mecânicas marcam onde o material se deforma. E esse comportamento é muito geral: As dobras mecânicas aparecem, por exemplo, onde os metais se dobram permanentemente ou onde onde as cadeias de DNA se separam.

Assim, controlar as dobras mecânicas dá o poder de remodelar todo o comportamento de um material.

Visão geral de um pacote de ondas acústicas de pequena amplitude movendo a torção estática de energia zero.
[Imagem: Kai Qian et al. – 10.1038/s41467-026-68688-7]

Movendo dobras mecânicas

Kai Qian e colegas de uma equipe internacional idealizaram um modo de mover uma dobra mecânica de forma controlada usando ondas sonoras. Para demonstrar isto, eles modelaram um material sintético, um metamaterial, cujo comportamento é ditado por sua estrutura, e não por sua composição.

Nesse material, onde quer que a dobra esteja localizada, ela define uma região macia, enquanto o restante do material torna-se progressivamente mais rígido. Se a dobra for movida para uma extremidade, essa extremidade torna-se macia, enquanto a rigidez aumenta exponencialmente em direção à extremidade oposta. Mova a dobra para o outro lado e o perfil de rigidez se inverte. Mova a dobra para o meio e o material torna-se macio no centro e rígido em direção às duas extremidades.

Melhor ainda: Mover a dobra não consome energia, uma propriedade incomum, rara e muito útil.

“A ideia aqui é que essencialmente criamos um raio trator acústico que move uma irregularidade e altera a forma como um material se comporta ao toque – criando gradientes de rigidez – sob demanda,” disse o professor Nicholas Boechler, da Universidade da Califórnia de San Diego. “Nós demonstramos que, se você enviar ondas acústicas de um lado, elas empurram a dobra na direção de onde o som veio. Você pode enviar um pequeno pulso e a dobra se move um pouco. Envie outro pulso e ela se move um pouco mais. É basicamente um controle remoto do estado interno do material.”

Apesar das aparências, esta é uma demonstração de um metamaterial 2D. A próxima etapa será construir uma versão 3D.
[Imagem: Kai Qian et al. – 10.1038/s41467-026-68688-7]

Raio trator acústico

Para demonstrar o mecanismo, a equipe construiu um modelo experimental composto por uma cadeia de discos empilhados e giratórios, conectados por molas. Cada disco representa um meta-átomo do metamaterial, enquanto as molas simulam as ligações atômicas.

Um disco, disposto de modo diferente dos demais, representa a dobra. Quando pulsos curtos de ondas acústicas são enviados à estrutura, a dobra é empurrada em direção à fonte sonora, movendo alguns discos de cada vez. Cada pulso curto adicional de vibração empurra a dobra um pouco mais. Quando se aplicam vibrações mais longas, a dobra é empurrada continuamente ao longo de toda a extensão da cadeia, invertendo efetivamente qual lado da cadeia é flexível e qual é rígida.

A demonstração aponta para potenciais aplicações futuras, como materiais com rigidez ajustável, estruturas com mudança de forma e transmissão robusta de sinais. “No momento, este é um modelo de brinquedo,” observou Boechler. “Se algo assim puder ser transformado em um material real, podemos imaginar estruturas que se adaptem instantaneamente – materiais que podem ser reprogramados usando som.”

Os próximos passos da pesquisa incluirão a construção de versões tridimensionais do sistema modelo, estudar se efeitos semelhantes existem em escalas menores, até mesmo atômicas, e encontrar meio de permitir puxar as dobras mecânicas, e não apenas empurrá-las.

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