Fibra de mudança de forma pode produzir tecidos de transformação

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Fibra de mudança de forma pode produzir tecidos de transformação
Pesquisadores do MIT e da Northeastern University desenvolveram uma fibra de elastômero de cristal líquido que pode
mudar sua forma em resposta a estímulos térmicos. A fibra, que é totalmente compatível com a maquinaria têxtil
existente, poderia ser usada para fazer tecidos de transformação, como uma jaqueta que se torna mais isolante para
manter o usuário aquecido quando as temperaturas caem.
Em vez de precisar de um casaco para cada estação, imagine ter uma jaqueta que mudaria de forma dinamicamente
para que ela se torne mais isolante para mantê-lo aquecido à medida que a temperatura cai.
Uma fibra de atuação programável desenvolvida por uma equipe interdisciplinar de pesquisadores do MIT poderia
um dia tornar essa visão uma realidade. Conhecida como FibeRobo, a fibra se contrai em resposta a um aumento da
temperatura, depois se auto-reverte quando a temperatura diminui, sem sensores embutidos ou outros componentes
duros.
https://www.media.mit.edu/projects/fiberobo/overview/
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A fibra de baixo custo é totalmente compatível com técnicas de fabricação têxtil, incluindo teares de tecelagem,
bordados e máquinas de tricô industriais, e pode ser produzida continuamente pelo quilômetro. Isso poderia permitir
que os designers incorporassem facilmente recursos de atuação e detecção em uma ampla gama de tecidos para
inúmeras aplicações.
As fibras também podem ser combinadas com fio condutor, que atua como um elemento de aquecimento quando a
corrente elétrica passa por ela. Desta forma, as fibras atuam usando eletricidade, o que oferece ao usuário controle
digital sobre a forma de um têxtil. Por exemplo, um tecido pode mudar de forma com base em qualquer pedaço de
informação digital, como leituras de um sensor de frequência cardíaca.
“Nós usamos têxteis para tudo. Fazemos aviões com compósitos reforçados com fibra, cobrimos a Estação Espacial
Internacional com um tecido de blindamento por radiação, nós os usamos para expressão pessoal e desgaste de
desempenho. Muito do nosso ambiente é adaptável e responsivo, mas a única coisa que precisa ser a mais
adaptável e responsiva – têxteis – é completamente inerte”, diz Jack Forman, estudante de pós-graduação no
Tangible Media Group do MIT Media Lab, com uma afiliação secundária no Center for Bits and Atoms, e principal
autor de um artigo sobre a fibra atuante.
Ele é acompanhado no artigo por outros 11 pesquisadores do MIT e da Northeastern University, incluindo seus
conselheiros, o professor Neil Gershenfeld, que lidera o Centro de Bits e Átomos, e Hiroshi Ishii, o Jerome B.
Professor de Arte e Ciências da Mídia e diretor do Grupo de Mídia Tangible. A pesquisa será apresentada no
Simpósio ACM sobre Software e Tecnologia de Interface do Usuário.
Materiais de morfing
As atuais fibras que mudam de forma têm armadilhas que as impediram em grande parte de serem incorporadas em
têxteis além dos ambientes de laboratório.
https://dl.acm.org/doi/10.1145/3586183.3606732
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Uma fibra, conhecida como liga de mudança de forma, só se contrai em cerca de 5%, não se auto-reverte e muitas
vezes deixa de funcionar após um punhado de atuações. Outro, chamado de atuador McKibben, é acionado
pneumaticamente e requer um compressor de ar para atuar.
Os pesquisadores do MIT queriam uma fibra que pudesse atuar silenciosamente e mudar sua forma
dramaticamente, sendo compatível com procedimentos comuns de fabricação têxtil. Para conseguir isso, eles
usaram um material conhecido como elastômero de cristal líquido (LCE).
Um cristal líquido é uma série de moléculas que podem fluir como líquido, mas quando elas podem se estabelecer,
elas se acumulam em um arranjo de cristal periódico. Os pesquisadores incorporam essas estruturas cristalinas em
uma rede de elastômeros, que é elástica como um elástico.
Quando o material LCE aquece, as moléculas de cristal caem fora do alinhamento e puxam a rede de elastômeros
juntas, fazendo com que a fibra se contrair. Quando o calor é removido, as moléculas retornam ao seu alinhamento
original e o material ao seu comprimento original, explica Forman.
Ao misturar cuidadosamente produtos químicos para sintetizar a LCE, os pesquisadores podem controlar as
propriedades finais da fibra, como sua espessura ou a temperatura em que atua.
Eles aperfeiçoaram uma técnica de preparação que cria fibra LCE que pode atuar em temperaturas seguras para a
pele, tornando-a adequada para tecidos vestíveis.
“Há muitos botões que podemos virar. Foi muito trabalho para chegar a este processo a partir do zero, mas, em
última análise, nos dá muita liberdade para a fibra resultante”, acrescenta.
No entanto, os pesquisadores descobriram que fazer fibra a partir da resina LCE é um processo finicky. Técnicas
existentes muitas vezes resultam em uma massa fundida que é impossível de desenrolar.
Os pesquisadores também estão explorando outras maneiras de fazer fibras funcionais, como incorporar centenas
de chips digitais de microescala em um polímero, utilizando um sistema fluídico ativado ou incluindo material
piezoelétrico que pode converter vibrações sonoras em sinais elétricos.
Fabricação de fibra
A Forman construiu uma máquina usando peças impressas em 3D e produtos eletrônicos básicos para superar os
desafios de fabricação. Ele inicialmente construiu a máquina como parte do curso de pós-graduação MAS.865
(Prototipagem rápida de máquinas de prototipagem rápida: Como fazer algo que faz [quase] qualquer coisa).
Para começar, a resina espessa e viscosa LCE é aquecida e, em seguida, lentamente espremida através de um bico
como o de uma pistola de cola. Quando a resina sai, ela é curada com cuidado usando luzes UV que brilham em
ambos os lados da fibra extrudante lentamente.
Se a luz estiver muito fraca, o material se separará e escorrerá da máquina, mas se for muito brilhante, os
aglomerados podem se formar, o que produz fibras acidentadas.
Em seguida, a fibra é mergulhada em óleo para dar-lhe um revestimento escorregadio e curado novamente, desta
vez com luzes UV acresse a plena, criando uma fibra forte e lisa. Finalmente, ele é coletado em um carretel superior
e mergulhado em pó para que ele irá deslizar facilmente em máquinas para fabricação têxtil.
Da síntese química ao carretel acabado, o processo leva cerca de um dia e produz aproximadamente um quilômetro
de fibra pronta para uso.
“No final do dia, você não quer uma fibra de diva. Você quer uma fibra que, quando você está trabalhando com ela,
cai no conjunto de materiais – um que você pode trabalhar como qualquer outro material de fibra, mas então tem
muitas novas capacidades interessantes ”, diz Forman.
https://news.mit.edu/2021/programmable-fiber-0603
https://news.mit.edu/2021/fibers-breath-regulating-1015
https://news.mit.edu/2022/fabric-acoustic-microphone-0316
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A criação de tal fibra levou uma grande quantidade de tentativa e erro, bem como a colaboração de pesquisadores
com experiência em muitas disciplinas, da química à engenharia mecânica, à eletrônica e ao design.
A fibra resultante, chamada FibeRobo, pode se contrair até 40% sem dobrar, atuar em temperaturas seguras para a
pele (a versão segura para a pele dos contratos de fibra em até 25%) e ser produzida com uma configuração de
baixo custo por 20 centavos de dólar por metro, o que é cerca de 60 vezes mais barato do que as fibras que mudam
de forma comercialmente disponíveis.
A fibra pode ser incorporada em máquinas de costura e tricô industriais, bem como processos não industriais, como
teares manuais ou crochê manual, sem a necessidade de modificações de processo.
Os pesquisadores do MIT usaram o FibeRobo para demonstrar várias aplicações, incluindo um sutiã esportivo
adaptativo feito por bordados que aperta quando o usuário começa a se exercitar.
Eles também usaram uma máquina de tricô industrial para criar uma jaqueta de compressão para o cão de Forman,
cujo nome é professor. A jaqueta acionado e “abraça” o cão com base em um sinal Bluetooth do smartphonede
Forman. As jaquetas de compressão são comumente usadas para aliviar a ansiedade de separação que um cão
pode sentir enquanto seu dono está fora.
No futuro, os pesquisadores querem ajustar os componentes químicos da fibra para que ele possa ser reciclável ou
biodegradável. Eles também querem agilizar o processo de síntese de polímeros para que os usuários sem
experiência em laboratório molhado possam fazê-lo por conta própria.
Forman está animado para ver as aplicações FibeRobo outros grupos de pesquisa identificarem como eles se
baseiam nesses resultados iniciais. A longo prazo, ele espera que FibeRobo possa se tornar algo que um fabricante
possa comprar em uma loja de artesanato, assim como uma bola de fios, e usar para produzir facilmente tecidos de
transformação.
“As fibras LCE vêm à vida quando integradas em têxteis funcionais. É particularmente fascinante observar como os
autores exploraram projetos têxteis criativos usando uma variedade de padrões de tecelagem e tricô”, diz Lining Yao,
professor associado de interação humana por computador da Carnegie Mellon University, que não esteve envolvido
neste trabalho.
Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela William Asbjornsen Albert Memorial Fellowship, o Dr. Apresentação de
Slides Martin Luther King Jr. Programa de Professores Visitantes, Toppan Printing Co., Honda Research, Conselho
de Bolsas de Estudo Chinesa e Shima Seiki. A equipe incluiu Ozgun Kilic Afsar, Sarah Nicita, Rosalie (Hin-Ju) Lin,
Liu Yang, Akshay Kothakonda, Zachary Gordon e Cedric Honnet no MIT; e Megan Hofmann e Kristen Dorsey na
Northeastern University.
O material neste comunicado de imprensa vem da organização de pesquisa de origem. O conteúdo pode ser editado
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