Cientistas da Universidade Real de Tecnologia de Melbourne, na Austrália, em parceria com o Conservatório Nacional de Artes e Ofícios da França, desenvolveram o primeiro metamaterial híbrido de titânio-polímero com estrutura reticular aberta do mundo. Ele não apenas flutua na superfície da água, mas também é mais resistente à corrosão marinha do que o aço inoxidável ou os plásticos de alta densidade atualmente usados em docks, boias e sensores flutuantes. Esta nova invenção superou o problema fundamental de estruturas reticulares metálicas terem dificuldade para flutuar. O artigo relacionado foi publicado na edição mais recente da revista Advanced Materials.

Boia impressa em 3D usada nos testes. Fonte da imagem: Universidade Real de Tecnologia de Melbourne, Austrália

Os metamateriais de redes metálicas já demonstraram potencial transformador em áreas como biomedicina, aeroespacial, defesa e engenharia térmica, mas sua aplicação no setor marinho tem sido bloqueada há muito tempo. A razão é que, embora as redes metálicas possam ser extremamente leves, com densidade inferior a um décimo da densidade da água, seus espaços abertos e interconectados permitem a entrada de água, fazendo com que a estrutura afunde na água.

No estudo mais recente, a equipe preencheu pilares ocos de titânio com espuma de poliuretano, criando assim essa nova estrutura. Mesmo após rachaduras graves ou danos, com água fluindo em seu interior, ela ainda consegue flutuar na superfície. As amostras permaneceram flutuando continuamente em água doce por mais de dois meses, confirmando sua flutuabilidade duradoura.

A equipe propôs um novo método chamado "densidade do esqueleto" para determinar se uma estrutura aberta pode flutuar. O cálculo tradicional de densidade inclui todos os espaços abertos dentro da estrutura reticular no volume, mas uma vez que esses espaços se enchem de água, eles não contribuem mais para a flutuabilidade. A densidade do esqueleto, por sua vez, calcula apenas a parte da estrutura que não absorve água, como as paredes de titânio e os canais preenchidos com espuma selada. Isso fornece aos engenheiros uma diretriz de design simples: se a densidade do esqueleto for menor que a densidade do líquido circundante, a estrutura flutuará mesmo que a água flua por todas as aberturas externas.

Os testes mostraram que, com a mesma densidade total, a resistência da nova estrutura de titânio é 70% maior do que a do aço inoxidável ou do polietileno de alta densidade amplamente usados no ambiente marinho. Em testes de curto prazo de corrosão por água do mar, ela também teve bom desempenho — após duas semanas de imersão, a massa da rede perdeu apenas 0,15% e a resistência caiu menos de 1%.

Mais importante ainda, mesmo com danos graves, como rachaduras, falha de pontos de conexão críticos ou até mesmo fratura de camadas inteiras da rede, a rede híbrida mantém sua flutuabilidade. Ela só afunda quando é severamente esmagada e compactada. Isso destaca seu potencial para flutuar mesmo sob danos estruturais graves.

Usando a nova estrutura, a equipe imprimiu em 3D uma boia marítima que permaneceu estável mesmo inclinada a 45 graus em um tanque de água do mar turbulenta, sem a necessidade de revestimentos selados, camadas de proteção ou flutuadores adicionais.