Tecnologia inovadora de amortecimento líquido promete revolução em equipamentos de segurança

Pela Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade da Virgínia, 26 de julho de 2023

Um material avançado de nanoespuma promete maior proteção e conforto para equipamentos esportivos, com aplicações potenciais em sistemas de segurança de automóveis e dispositivos médicos vestíveis. O material inovador supera as limitações da nanoespuma tradicional, proporcionando uma solução flexível e confortável que pode suportar múltiplos impactos. (Conceito do artista dramatizando a almofada de segurança “líquida”.)

Um novo avanço no design de materiais ajudará jogadores de futebol, ocupantes de automóveis e pacientes de hospitais.

Um avanço significativo no campo dos equipamentos de proteção foi feito com a descoberta de que os jogadores de futebol, sem saber, adquiriam danos cerebrais permanentes devido a repetidos impactos na cabeça ao longo de suas carreiras profissionais. Esta constatação desencadeou uma busca urgente por melhores soluções de proteção da cabeça. Entre essas inovações está a nanoespuma, material encontrado em capacetes de futebol.

Graças ao professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial Baoxing Xu, da Universidade da Virgínia, e sua equipe de pesquisa, a nanoespuma acaba de receber uma grande atualização e os equipamentos esportivos de proteção também poderiam. Este design recém-inventado integra nanoespuma com “líquido ionizado não umectante”, uma forma de água que Xu e sua equipe de pesquisa agora sabem que combina perfeitamente com nanoespuma para criar uma almofada líquida. Este material versátil e responsivo proporcionará melhor proteção aos atletas e é promissor para uso na proteção de ocupantes de automóveis e no auxílio a pacientes hospitalares que utilizam dispositivos médicos vestíveis.

A pesquisa da equipe foi publicada recentemente na revista Advanced Materials.

Um diagrama que ilustra como uma almofada de nanoespuma líquida responde a um impacto. Crédito: Contribuição de B. Xu

Para uma segurança ideal, a espuma protetora imprensada entre as camadas interna e externa de um capacete não deve apenas ser capaz de suportar um golpe, mas vários golpes, jogo após jogo. O material precisa ser macio o suficiente para criar um local macio para a cabeça pousar, mas resistente o suficiente para se recuperar e estar pronto para o próximo golpe. E o material precisa ser resistente, mas não duro, porque “duro” também machuca a cabeça. Ter um material para fazer todas essas coisas é uma tarefa bastante difícil.

A equipe avançou com seu trabalho publicado anteriormente no Proceedings of the National Academy of Sciences, que começou a explorar o uso de líquidos em nanoespuma, para criar um material que atenda às complexas demandas de segurança dos esportes de alto contato.

“Descobrimos que a criação de uma almofada de nanoespuma líquida com água ionizada em vez de água normal fez uma diferença significativa no desempenho do material”, disse Xu. “Usar água ionizada no projeto é um avanço porque descobrimos uma rede incomum de coordenação de íons líquidos que tornou possível criar um material mais sofisticado.”

Professor Associado Baoxing Xu do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da UVA. Crédito: Tom Cogill

A almofada de nanoespuma líquida permite que o interior do capacete comprima e disperse a força de impacto, minimizando a força transmitida à cabeça e reduzindo o risco de lesões. Também recupera a forma original após o impacto, permitindo múltiplos golpes e garantindo a eficácia contínua do capacete na proteção da cabeça do atleta durante o jogo.

“Um bônus adicional”, continuou Xu, “é que o material aprimorado é mais flexível e muito mais confortável de usar. O material responde dinamicamente a choques externos devido à forma como os aglomerados iônicos e as redes são fabricados no material.”

“A almofada líquida pode ser projetada como um dispositivo de proteção mais leve, menor e mais seguro”, disse o professor associado Weiyi Lu, colaborador de engenharia civil da Michigan State University. “Além disso, o peso e o tamanho reduzidos dos revestimentos de nanoespuma líquida revolucionarão o design da carcaça rígida dos futuros capacetes. Você poderia estar assistindo a um jogo de futebol um dia e se perguntar como os capacetes menores protegem as cabeças dos jogadores. Pode ser por causa do nosso novo material.”