Pesquisadores na Holanda produziram modelos de um besouro que muda de cor e uma concha de vieira que abre e fecha em resposta à mudança de umidade no ar circundante. Inspirados em estruturas iridescentes da natureza, Jeroen Sol e colegas da Universidade de Tecnologia de Eindhoven mostraram que poderiam integrar um cristal líquido especializado em técnicas padrão de impressão 3D, criando dispositivos “impressos em 4D” que reagem às mudanças de seus ambientes.
Ao longo de milhões de anos, muitos organismos desenvolveram estruturas em microescala em suas anatomias que lhes permitem mudar suas cores vibrantes iridescentes em resposta a estímulos. Recentemente, pesquisadores desenvolveram tintas que mudam de cor da mesma maneira e começaram a experimentar incorporá-las em estruturas impressas em 3D.
Essa tecnologia foi apelidada de impressão 4D, onde a quarta dimensão representa mudanças reversíveis e variantes no tempo nas estruturas após a impressão. Uma técnica amplamente utilizada na impressão 4D é depositar tinta diretamente em estruturas impressas em 3D. Essa abordagem pode acomodar muitos tipos de material, bem como uma gama versátil de temperaturas de impressão, velocidades e designs de caminhos.
Os cristais líquidos respondem às mudanças ambientais
Uma classe particularmente promissora de tintas para impressão 4D são os cristais líquidos colestéricos (ChLCs). Nos cristais líquidos convencionais, as moléculas fluem como um líquido enquanto ainda se orientam como um cristal sólido. Em ChLCs, moléculas dispostas em várias camadas verticais podem adotar estruturas espirais em suas orientações. Fundamentalmente, essas estruturas podem ser alteradas de maneira fácil e reversível em resposta à presença de água, certos compostos químicos e forças mecânicas – todos os quais alteram suas características ópticas.
Em seu estudo, que eles descrevem em Advanced Functional Materials, Sol e seus colegas se inspiraram em uma espécie de besouro longhorn (Tmesisternus isabellae) que muda sua cor iridescente em resposta à umidade. Para reproduzir esse efeito, os pesquisadores incorporaram a tinta ChLC na parte de trás de um besouro impresso em 3D e, em seguida, trataram essa camada com ácido de tal forma que sua estrutura cristalina respondesse à umidade.
Em condições de alta umidade, a tinta inchou. Isso alterou sua estrutura molecular em espiral, fazendo com que a cor iridescente vibrante do besouro se transformasse de verde em vermelho. Uma vez que a umidade foi removida, a tinta voltou à sua estrutura original e o besouro ficou verde novamente.
Um caso aberto e fechado
Em um experimento paralelo, Sol e colegas imprimiram uma concha aberta de um material elastômero ChLC propenso a inchar em alta umidade. A equipe então tratou um lado da concha com luz para remover essa resposta à umidade, enquanto tratava o outro lado com ácido, como havia feito com o besouro. Isso significava que, quando exposto ao ar seco, o lado tratado com ácido encolheu, fazendo com que a concha se fechasse, apenas para abrir novamente quando o ar úmido foi restaurado.
A equipe de Sol diz que esses comportamentos reversíveis e responsivos a estímulos podem inspirar aplicações em robótica e tecnologias de detecção. Eles podem ser particularmente úteis na área da saúde, onde dispositivos impressos em 3D acessíveis e vestíveis permitiriam que os pacientes monitorassem seus sintomas simplesmente rastreando as cores iridescentes variáveis dos dispositivos.
Publicado em 04/08/2022 11h08
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