Uma imagem da geometria completa da rede (esquerda) é justaposta com uma rede de 18,75 milhões de células flutuando em uma bolha (direita).
[Imagem: Peter Serles/University of Toronto Engineering]

Materiais Nanoarquitetados: A Revolução da Engenharia Estrutural

A engenharia estrutural sempre utilizou princípios eficientes para construir estruturas resistentes com materiais leves. Agora, com o avanço da nanotecnologia, pesquisadores descobriram que a miniaturização extrema pode gerar materiais ainda mais resistentes e leves.

Cientistas da Universidade de Toronto, no Canadá, utilizaram inteligência artificial para projetar materiais nanoarquitetados com hastes em escala nanométrica. O resultado foi surpreendente: um material com a resistência do aço carbono e a leveza do isopor, abrindo portas para inovações em diversas indústrias.

A tecnologia combina formatos estruturais de alto desempenho em nanoescala, otimizando a relação resistência-peso e rigidez-peso. No entanto, as geometrias tradicionais apresentam falhas por concentrações de estresse, problema resolvido com aprendizado de máquina, garantindo materiais mais duráveis e eficientes.

Essa descoberta pode transformar a engenharia estrutural, criando novas possibilidades para construções mais leves, seguras e inovadoras. 🚀🏗️

Exemplos das nanotreliças.
[Imagem: Peter Serles et al. – 10.1002/adma.202410651]

Nanotreliças: A Revolução dos Materiais Nanoarquitetados na Engenharia Estrutural

Os materiais nanoarquitetados estão transformando a engenharia estrutural com estruturas ultraleves e extremamente resistentes. Formadas por blocos minúsculos de carbono organizados em nanotreliças 3D, essas estruturas inovadoras são projetadas com o auxílio de inteligência artificial e aprendizado de máquina.

Pesquisadores utilizaram um algoritmo de otimização bayesiana multiobjetivo para prever as melhores geometrias e melhorar a distribuição de tensão. Com a ajuda de uma impressora 3D de polimerização de dois fótons, criaram protótipos otimizados, que dobraram a resistência de materiais anteriores, suportando uma tensão cinco vezes maior do que a do titânio.

Essa é a primeira aplicação do aprendizado de máquina na otimização de materiais nanoarquitetados, abrindo novas possibilidades para estruturas mais leves, seguras e eficientes.

Os protótipos foram fabricados por impressão 3D.
[Imagem: Peter Serles et al. – 10.1002/adma.202410651]

Aplicações reais

A equipe agora quer começar a fabricar protótipos que possam ser testados em aplicações reais.

“Esperamos que esses novos projetos de materiais eventualmente levem a componentes ultraleves em aplicações aeroespaciais, como aviões, helicópteros e espaçonaves que possam reduzir as demandas de combustivel durante o voo, mantendo a segurança e o desempenho. Isso pode, em última análise, ajudar a reduzir a alta pegada de carbono das viagens de avião,” disse o professor Tobin Filleter.

“Por exemplo, se você substituísse componentes feitos de titânio em um avião por esse material, você economizaria 80 litros de combustível por ano para cada quilograma de material substituído,” detalhou Serles.