Cascas de Ovo Inspiram Novo Material Anti-Impacto Para Proteger Naves Espaciais Contra Impactos
Caros entusiastas das atividades espaciais!
No dia de ontem (10/09), o portal Inovação Tecnológica publicou uma matéria bastante curiosa sobre um novo material anti-impacto, inspirado na estrutura das cascas de ovos, desenvolvido para ser utilizado em naves espaciais e satélites.
[Imagem: Yuxin Wang et al. - 10.1063/5.0324502]
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| Metaestrutura de cascas de ovo de alumínio preenchidas com água - os ovos parecem furados porque a segunda placa de alumínio, que fica sobre eles, foi excluída para facilitar a visualização da geometria. |
Casca de Ovo Anti-Impacto
De acordo com a matéria do portal, um projeto inspirado nas cascas de ovos pode vir a se tornar o material ideal para a proteção de espaçonaves.
Embora uma casca de ovo seja o estereótipo das coisas sensíveis e delicadas, Yuxin Wang e colegas da Universidade Dalian de Tecnologia, na China, descobriram que também neste caso a união pode fazer a força.
O truque consiste em fabricar recipientes de alumínio em formato de ovo, com paredes muito finas, e então enchê-los de água. Wang descobriu que organizar esses ovos de alumínio em uma matriz adiciona propriedades de absorção de impacto ao material, bastando colocar os ovos com a face mais afilada voltadas para a recepção do impacto. Duas placas de alumínio, uma em cima e outra embaixo, completam a estrutura.
Em vez de se concentrar em uma única casca de ovo, a energia do impacto se dissipa gradualmente pelo material, permitindo que cada casca colapse e se deforme sequencialmente.
"Uma única casca de ovo quebra facilmente sob força localizada, mas o mecanismo de proteção da matriz de cascas de ovo é completamente diferente," detalhou Wang. "A deformação cooperativa dessas unidades de casca de ovo transforma a carga de impacto localizada em dissipação de energia distribuída por toda a metaestrutura, aumentando significativamente o desempenho anti-impacto das placas alvo."
A ideia é que essa estrutura leve, simples e de baixo custo possa proteger naves e satélites espaciais do impacto de detritos. Existem quase 1 milhão de fragmentos de detritos com mais de 1 centímetro mapeados na órbita próxima da Terra. Com um número crescente de lançamentos, esses detritos representam uma ameaça significativa de danos por impacto em alta velocidade.
[Imagem: Yuxin Wang et al. - 10.1063/5.0324502]
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| Os testes foram feitos visando impactos de pequenos projéteis em alta velocidade, simulando os choques que podem ocorrer no espaço. |
Absorção de Impactos
Os ovos de alumínio por si sós funcionam, mas enchê-los com água melhora o desempenho sob impactos mais fortes porque a água se movimenta e impede a propagação das ondas de impacto. Essa interação entre a água e a casca de alumínio do ovo reduz e dissipa significativamente mais energia do impacto.
O pesquisador testou diversos formatos e estruturas: Placas de alumínio isoladas, esferas de alumínio preenchidas com água intercaladas entre placas de alumínio e, finalmente as estruturas em formato de casca de ovo.
O material de casca de ovo intercalado e preenchido com água apresentou o melhor desempenho. Ele suportou cargas elevadas e reduziu a velocidade de um projétil de impacto em quase 65%, em comparação com a redução de 51% obtida pelas placas de alumínio isoladamente. Dentre as várias orientações possíveis da casca de ovo, os padrões de metaestrutura com os ovos posicionados verticalmente e sua extremidade mais fina em contato com a placa superior foram os mais eficazes.
Wang espera obter resultados ainda melhores, e para isso está otimizando a espessura das cascas de alumínio dos ovos, sua proporção e seu leiaute, para melhorar a capacidade do material de absorver energia de forma protetora.
"Este trabalho demonstra que as metaestruturas biônicas e leves são uma via promissora para a proteção contra impactos de hipervelocidade," disse Wang. "Estruturas biológicas naturais evoluíram para demonstrar excelente desempenho na absorção de energia ao longo de adaptações de longo prazo. Esperamos que esta pesquisa possa atrair mais atenção para estruturas de proteção bioinspiradas."
Saiba mais:
Autores: Yuxin Wang, Yuqing Liu, Hao Li
Revista: Journal of Applied Physics
DOI: 10.1063/5.0324502
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