Os metamateriais são conhecidos por sua importância científica e tecnológica, uma vez que são materiais artificiais produzidos pelo homem que exibem propriedades e características únicas não encontradas em materiais naturais.
Esses materiais desafiam as leis tradicionais da física, como a refração, pois possuem refração negativa. Além disso, eles apresentam capacidades impressionantes, como a capacidade de se esticar quando comprimidos, gerar ondas de som transversais e até mesmo criar buracos negros em laboratório.
Recentemente, os metamateriais enfrentaram diretamente a segunda lei de Newton, que descreve como objetos caem das árvores e satélites artificiais permanecem em órbita. Pesquisadores liderados por Qian Wu, da Universidade do Missouri, nos Estados Unidos, desenvolveram um metamaterial que utiliza sinais elétricos para controlar a direção e a intensidade das ondas de energia que atravessam um material sólido.
O resultado obtido foi um material em que a aplicação de uma força em uma direção resulta em movimento em outra direção. Esse metamaterial possui uma densidade de massa ímpar, o que significa que a força e a aceleração não estão alinhadas na mesma direção. Isso proporciona uma abordagem não convencional para personalizar o design da dinâmica estrutural de um objeto, desafiando assim a segunda lei de Newton.
O professor Guoliang Huang, cuja equipe já havia desenvolvido metamateriais ativos que podem ser ligados e desligados, além de materiais artificiais capazes de sentir, decidir e agir, afirmou: “Este metamaterial oferece uma maneira única de desafiar a segunda lei de Newton, já que a força e a aceleração não seguem a mesma direção convencional. Isso nos permite personalizar as propriedades e o projeto da dinâmica estrutural de um objeto”.

Este é o primeiro material físico que demonstra uma densidade de massa não conforme ao padrão convencional dessa propriedade.
A densidade de massa de um corpo é definida como a relação entre sua massa e volume. No entanto, os pesquisadores explicam que o metamaterial possui um tensor assimétrico, cuja assimetria resulta de forças ativas e não conservativas. É essa característica que permite que ele interaja com as ondas de maneira completamente “antinatural”.
“A densidade de massa ímpar é alcançada utilizando metamateriais com ressonadores internos conectados por um controle avançado assimétrico e programável em relação à aceleração e às forças ativas ao longo das duas direções perpendiculares. As forças ativas geram termos de acoplamento de densidade de massa fora da diagonal, resultando em não-hermicidade”, explicou Wu.
A não-hermicidade mencionada pelo pesquisador refere-se à falta de conservação de energia das ondas. Em termos mecânicos, isso pode ocorrer em estruturas que apresentam dissipação ou perda de energia devido ao uso de transdutores.
O protótipo desenvolvido pela equipe utiliza sinais elétricos transmitidos por fios para controlar a direção e a intensidade das ondas de energia que atravessam o material sólido no qual os eletrodos estão conectados.
Esse design inovador possui diversas aplicações potenciais, como o controle de ondas de radar, direcionando-as para varrer uma área específica em busca de objetos, ou o gerenciamento de vibrações causadas pela turbulência do ar durante o voo de uma aeronave.
No entanto, as possibilidades de uso vão além disso.
“Por exemplo, esse metamaterial pode ser benéfico para monitorar a saúde de estruturas civis, como pontes e dutos, atuando como transdutores ativos que auxiliam na detecção de possíveis danos que podem ser difíceis de identificar a olho nu”, explicou Huang.
Essa capacidade de detecção e monitoramento pode contribuir para a manutenção preventiva, garantindo a segurança e a integridade de estruturas críticas. Além disso, o uso desse metamaterial em outros campos, como a medicina, a eletrônica e a comunicação, pode abrir caminho para avanços tecnológicos inovadores e impactantes.
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