Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria desenvolveram uma técnica computacional que torna mais fácil projetar uma célula de metamaterial a partir de qualquer bloco de construção e, em seguida, avaliar as propriedades do metamaterial resultante.
Sua abordagem, como um sistema CAD (projeto auxiliado por computador) especializado para metamateriais, permite que um engenheiro modele rapidamente até mesmo metamateriais muito complexos e experimente projetos que, de outra forma, levariam dias para serem desenvolvidos. De acordo com o MIT News, a interface amigável também permite que o usuário explore todo o espaço de possíveis formas de metamateriais, uma vez que todos os blocos de construção estão à sua disposição.
“Criamos uma representação que pode abranger todas as diferentes formas pelas quais os engenheiros tradicionalmente demonstram interesse. Como você pode construí-las todas da mesma maneira, isso significa que você pode alternar entre elas com mais fluidez”, diz a engenheira eletricista em ciência da computação do MIT, Liane Makatura, coautora principal de um artigo sobre esta técnica. Ao final do processo, o sistema gera todo o procedimento baseado em gráfico, mostrando todas as operações que o usuário realizou para chegar à estrutura final – todos os vértices, arestas, solucionadores, transformações e operações de espessamento.
Ajuste interativo
Dentro da interface do usuário, os projetistas podem visualizar a estrutura atual em qualquer ponto do procedimento de construção e prever diretamente certas propriedades, como sua rigidez. Então, o usuário pode ajustar iterativamente alguns parâmetros e avaliá-los novamente até que um projeto adequado seja alcançado.
Os pesquisadores usaram seu sistema para recriar estruturas que abrangem muitas classes únicas de metamateriais. Depois de projetarem os esqueletos, cada estrutura de metamaterial levou apenas alguns segundos para ser gerada.
Em um teste, um algoritmo retornou mais de 1 mil estruturas potenciais baseadas em treliças em cerca de uma hora.
Processo automatizado
Além disso, os pesquisadores conduziram um estudo de usuário com dez indivíduos que tinham pouca experiência anterior em modelagem de metamateriais. Os usuários conseguiram modelar com sucesso todas as seis estruturas que receberam, e a maioria concordou que a representação gráfica processual facilitou o processo.
“Nossa representação torna todos os tipos de estruturas mais acessíveis às pessoas. Ficamos especialmente satisfeitos com a capacidade dos usuários de gerar uma superfície mínima triplamente periódica (TPMS). Essas estruturas complexas geralmente são difíceis de serem geradas até mesmo por especialistas. Ainda assim, um TPMS em nosso estudo teve o tempo médio de modelagem mais baixo entre todas as seis estruturas, o que foi surpreendente e emocionante”, diz ela.
No futuro, os pesquisadores querem aprimorar a técnica incorporando procedimentos mais complexos de espessamento do esqueleto, para que o sistema possa modelar uma maior variedade de formas. Eles também querem continuar explorando o uso de algoritmos de geração automática. E, a longo prazo, pretendem usar este sistema para design inverso, onde se especificam as propriedades desejadas do material e depois usam um algoritmo para encontrar a estrutura ideal do metamaterial.
