Asa de borboleta inspira supermaterial antirradar e antirruído

Mecânica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 28/10/2026

Inspirado nas estruturas das asas dos lepidópteros, o metamaterial multifuncional é extremamente forte, controla campos de ondas eletromagnéticas e funciona como absorvedor acústico.
[Imagem: Jianbin Feng et al. – 10.1088/2631-7990/aea529]

Exigências conflitantes

Aviões, trens de alta velocidade e veículos elétricos travam uma constante batalha contra as leis da física, muitas vezes com resultados decepcionantes.

Para proteger os passageiros em caso de acidente, os engenheiros precisam de estruturas rígidas e pesadas que absorvam os impactos mecânicos; para proteger os componentes eletrônicos sensíveis a bordo é preciso usar materiais que bloqueiem a radiação eletromagnética; e, para tornar voos longos toleráveis, é preciso silenciar o ronco incessante e grave dos motores.

Até agora, a única maneira de satisfazer as três exigências envolve usar uma estrutura ineficiente: Uma grossa armação de metal colada a revestimentos absorventes de ondas eletromagnéticas e coberta com espumas acústicas volumosas. Essa estrutura desajeitada ocupa muito espaço, adiciona peso morto que consome combustível em excesso e tende a se desfazer com o tempo, à medida que as linhas de cola sofrem fadiga sob estresse.

Jianbin Feng e colegas do Instituto de Tecnologia Harbin, na China, acabam de revolucionar essa estrutura desajeitada: Além de eliminar totalmente a necessidade da cola, eles desenvolveram um metamaterial multifuncional com apenas 24 mm de espessura, que é capaz de suportar um peso enorme, absorver sinais de micro-ondas e ainda funcionar como absorvedor acústico de ruídos de baixa frequência.

Estrutura do metamaterial, que integra funcionalidades acústicas, mecânicas e eletromagnéticas em uma arquitetura unificada.
[Imagem: Jianbin Feng et al. – 10.1088/2631-7990/aea529]

Forte como asas de borboletas

O compósito de alta tecnologia elimina um gargalo físico que vem desafiando os projetistas de materiais há décadas – o dilema do ar versus a massa. Absorver ondas sonoras e igualar a impedância eletromagnética (a propriedade que permite que as ondas eletromagnéticas penetrem em um material, em vez de ricochetear em sua superfície) exige alta porosidade e espaço interno vazio.

Mas, no momento em que um engenheiro cria um painel com orifícios para absorver o ruído, sua estrutura de sustentação colapsa sob a pressão. Por outro lado, reforçar um material com paredes sólidas cria um escudo rígido que reflete o som incidente como uma parede de concreto e reflete a radiação eletromagnética como um espelho.

Por sorte, a natureza resolveu esse dilema milhões de anos atrás nas delicadas asas das borboletas e das mariposas. Para sobreviver em um mundo de predadores ágeis e ao sonar dos morcegos, os insetos lepidópteros desenvolveram arquiteturas em escamas microscópicas que controlam a cor, atenuam sons de alta frequência e permanecem leves como penas, sem se romperem em pleno voo.

O que os pesquisadores fizeram foi copiar essa estrutura aninhada multifuncional.

Testes do metamaterial biomimético.
[Imagem: Jianbin Feng et al. – 10.1088/2631-7990/aea529]

Resistência, blindagem e antirruído

Para lidar com o colapso catastrófico das estruturas tradicionais em formato de favo de mel, devido aos seus cantos agudos, a nova estrutura bioinspirada possui caminhos giroidais suavemente arqueados, que distribuem a força uniformemente por toda a superfície, transformando uma quebra catastrófica em uma deformação ordenada, semelhante a uma almofada, que absorve 21,9 vezes mais energia de impacto do que um favo de mel padrão de peso idêntico. Uma amostra de 74g, colocada diretamente sob o pneu de um carro de 1.750 kg, suportou tranquilamente uma carga de 438 kg em um dos cantos sem rachar.

Para aprisionar ondas eletromagnéticas, evitando que elas se reflitam, a equipe impregnou o interior da esponja giroide com uma pasta de nanotubos de carbono e negro de fumo. As ondas de radar incidentes entram na cavidade central e mergulham no labirinto condutor, ricocheteando centenas de vezes nas superfícies internas, até que microcorrentes nos nanotubos convertam a energia eletromagnética em calor residual. Em um amplo espectro de 2 a 40 GHz, a estrutura absorve mais de 90% da potência das ondas incidentes em 93,5% dessa faixa.

Para capturar o ruído, uma pequena tampa perfurada é colocada sobre cada célula, transformando a câmara em um ressonador acústico. Quando as ondas sonoras atingem a superfície, o ar vibrante desce pelo gargalo e se atrita contra a complexa matriz giroide interna, dissipando sua energia por meio do atrito termoviscoso. O resultado é uma armadilha acústica que captura 90% da energia sonora na faixa de 600 a 900 Hz, típica das cabines de aeronaves turbo-hélice comerciais.

A equipe também elaborou um sistema computadorizado para permitir o projeto de estruturas talhadas para cada aplicação, facilitando a adoção do metamaterial biomimético em aplicações reais.

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