Quando um feixe de laser varre um componente de liga Fe-Co-V, ele deixa de ser uma peça fria e estática, passando a dobrar-se com precisão e a deformar-se ativamente, como um músculo despertado – isto não é ficção científica, mas sim a revolução da impressão 4D recém-publicada na Nature Communications.

I. De ppm para milímetros: A "Libertação da Deformação" através de Três Ordens de Grandeza

Os materiais magnetostritivos são considerados a "joia da coroa" dos materiais inteligentes: podem responder em milissegundos sob a ação de um campo magnético, possuem densidade de energia muito superior à das cerâmicas piezoelétricas e podem ser acionados sem contato físico. No entanto, esta joia tem uma falha fatal – sua deformação intrínseca é extremamente pequena.

O coeficiente de magnetostrição das ligas magnetostritivas tradicionais é de apenas dezenas a centenas de ppm (partes por milhão), o que significa que um material de 1 metro de comprimento só pode produzir uma deformação de algumas dezenas de micrômetros. Isso o limitava a atuar como "vibrador" ou "sensor" em equipamentos de alta tecnologia, não podendo se tornar um "atuador". Cenários que exigem deformações macroscópicas, como asas de geometria variável, antenas adaptativas e robôs de águas profundas, sempre excluíram os materiais magnetostritivos.

Em 9 de fevereiro de 2026, Li Guiwei, Yang Zeyu, Wu Wenzheng e outros da Escola de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade de Jilin publicaram um artigo na Nature Communications, propondo pela primeira vez um método de "impressão 4D a laser estimulada de liga magnetostritiva Fe-Co-V", rompendo completamente com este impasse.

Dado central: A equipe de pesquisa utilizou a tecnologia de impressão 4D por fusão de leito de pó a laser (LPBF) para "inscrever" previamente um campo de tensões internas distribuído de forma não uniforme na liga Fe-Co-V; quando regiões específicas recebem novamente o estímulo do laser, a liberação das tensões induz uma deformação plástica macroscópica na ordem dos milímetros – amplificando a deformação intrínseca do material em mais de três ordens de grandeza.

II. Avanço Tecnológico: Programando uma "Memória de Deformação" no Metal

A essência da impressão 4D é "impressão 3D + dimensão temporal": a peça impressa pode evoluir em forma ou função ao longo do tempo sob um estímulo específico. Mas, até então, a impressão 4D concentrava-se principalmente em materiais macios como hidrogéis e polímeros com memória de forma, que, embora apresentem grandes deformações, têm baixa capacidade de carga; a impressão 4D de metais, por sua vez, estava há muito tempo limitada ao limite de deformação por transformação de fase das ligas com memória de forma (cerca de 8%) e à incapacidade de reconfiguração sob demanda.

A inovação da equipe da Universidade de Jilin reside em redefinir o mecanismo físico de "estímulo-resposta":

1. Reconfiguração das Tensões Internas: O Laser como "Cinzel de Deformação"

Durante o processo de conformação por LPBF, a equipe "programou" camada por camada um campo de tensões residuais não uniforme com distribuição específica dentro do componente Fe-Co-V, controlando a estratégia de varredura do laser, a densidade de potência e a taxa de sobreposição. Este campo de tensões atua como uma mola pré-comprimida – permanece estável normalmente, mas uma vez desbloqueado pelo estímulo secundário do laser, a liberação da tensão impulsiona a flexão direcionada do material.

2. Controle Cooperativo Multiescala

O mais engenhoso é que o estímulo a laser, ao induzir a deformação plástica macroscópica, também pode regular simultaneamente a microestrutura e as propriedades eletromagnéticas do material. Experimentos confirmaram: ajustando os parâmetros do laser, a orientação dos grãos, a distribuição das fases precipitadas, a permeabilidade magnética, entre outros, podem ser reconfigurados de forma integrada em 4D com a deformação. A forma muda e as características eletromagnéticas também mudam – isso transforma o componente de um simples "corpo deformável" de função única em um "agente inteligente" com capacidades combinadas de percepção e acionamento.

3. Programabilidade Seletiva

Ao contrário de tratamentos térmicos globais ou recozimentos por campo magnético uniforme, o estímulo a laser possui alta resolução espacial. Nos experimentos, a equipe estimulou seletivamente regiões locais do componente, conseguindo programar independentemente diferentes partes da mesma peça: uma dobra, outra torce, uma terceira permanece inalterada. Isso proporciona liberdade de projeto para modos de deformação complexos.

III. Perspectivas de Aplicação: Do Mar Profundo ao Espaço Sideral, da Robótica aos Dispositivos Eletromagnéticos

O valor central desta tecnologia reside em: conferir aos materiais magnetostritivos, pela primeira vez, a capacidade de programação de forma em escala macroscópica, com resposta não contata, em milissegundos e alta densidade de energia. Isso significa que ela pode preencher diretamente lacunas tecnológicas em várias áreas de equipamentos de ponta.

Aeroespacial: Estruturas de Geometria Variável e Revestimentos Inteligentes

Antenas de satélites em órbita precisam alterar a direção do feixe conforme a missão; os dutos de entrada de veículos hipersônicos precisam ajustar sua geometria conforme o número Mach. Os tradicionais sistemas de motor + transmissão mecânica são pesados e apresentam alta taxa de falhas. Componentes Fe-Co-V impressos em 4D a laser podem atuar diretamente como estruturas adaptativas de geometria variável, realizando deformações suaves e sem atrito sob comando de laser ou campo magnético, sem a necessidade de atuadores adicionais.

Engenharia Oceânica: Atuadores Adaptativos para Águas Profundas

Em ambientes de águas profundas, o custo de vedação de motores é extremamente alto e os sistemas hidráulicos apresentam alto risco de vazamento de óleo. A característica de acionamento não contato dos materiais magnetostritivos combina-se naturalmente com a permeabilidade eletromagnética da água do mar. Válvulas de águas profundas ou unidades de acionamento para robôs de tubulações, impressas em 4D, podem ser controladas com precisão por comandos de campo magnético de baixa frequência emitidos por um navio-mãe, a milhares de metros de profundidade e sem interfaces físicas.

Dispositivos Eletromagnéticos: Componentes Inteligentes Sintonizáveis

O artigo destaca especificamente que esta tecnologia pode ser aplicada em cenários como indutores sintonizáveis, filtros com frequência reconfigurável e estruturas de blindagem eletromagnética adaptativa. Como o estímulo a laser regula simultaneamente a permeabilidade magnética e a geometria, um único dispositivo pode realizar tanto a "sintonia do valor de indutância" quanto a "sintonia da frequência de ressonância" – o que, no design tradicional, exigiria dois módulos independentes.

Microrrobótica: Deformação Controlada por Luz + Acionamento Controlado por Magnetismo

A liga Fe-Co-V possui simultaneamente capacidade de deformação por resposta à luz (estímulo a laser) e capacidade de acionamento por resposta magnética (campo magnético alternado). A equipe de pesquisa acredita que, utilizando esta característica de dupla resposta, é possível fabricar microrrobôs sem fio, sem cabos e sem motores internos: comandos de luz alteram a forma, comandos magnéticos os colocam em movimento.

IV. Valor Industrial: Da "Fabricação de Peças" para a "Programação de Funções"

O significado mais profundo deste avanço está na transformação do paradigma de produção. A fabricação tradicional de equipamentos de ponta é "subtrativa" ou de "conformação de material": fundição, forjamento, fresagem, retificação – o material é removido ou redistribuído. A manufatura aditiva conquistou a "liberdade geométrica". O objetivo final da impressão 4D é a liberdade funcional – a peça não sai da fábrica em sua forma final, mas como um "semiacabado", cuja forma e desempenho são "ativados" ou "reprogramados" conforme a necessidade no local de uso.

Esta pesquisa da Universidade de Jilin prova que componentes metálicos também podem "atualizar sua versão" como um software. Isso não apenas simplificará significativamente a logística e o armazenamento (o mesmo blank se adaptando a diversas condições operacionais), mas também fornecerá novas soluções para fabricação em órbita e reparos no fundo do mar em ambientes extremos.

Fonte: Escola de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade de Jilin; Título: Laser-stimulated 4D printing of magnetostrictive Fe-Co-V; Publicado em: Nature Communications (9 de fevereiro de 2026)