O tricô não se limita mais à confecção de itens familiares como suéteres, chapéus e cobertores.
Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard mostraram que as técnicas tradicionais de tricô podem ser usadas para criar tecidos funcionais capazes de mudar de forma, detectar movimentos e funcionar como interruptores. Esta abordagem poderia ajudar a promover uma nova geração de têxteis programáveis.
A equipe desenvolveu tecidos especiais feitos à máquina que podem “passar” de uma forma fixa para outra. Os físicos descrevem essa capacidade de manter múltiplas configurações estáveis como poliestabilidade.
A pesquisa foi liderada pelo recente Ph.D. Foi feito por. graduada Kaushalya Mahadevan, agora associada de pós-doutorado no laboratório de Katia Bertoldi, professora de Mecânica Aplicada William e Ami Kuan Danoff. As descobertas foram publicadas em Materiais funcionais avançados.
Trazendo a física para as malhas
“Sempre fiquei entusiasmado com roupas e têxteis e com o que podemos projetar e criar com eles”, disse Mahadevan, que começou a trabalhar no laboratório de Bertoldi ainda na graduação. “Nossas ideias sobre multiestabilidade em têxteis surgiram da inspiração de artistas têxteis e de sua abordagem às estruturas, bem como de como o laboratório (de Bertoldi) tradicionalmente pensa sobre a mecânica não linear em sólidos. Tentamos pensar em têxteis nesse contexto.”
Os materiais projetados para curvar e manter essa forma geralmente são feitos moldando polímeros e controlando cuidadosamente as tensões residuais dentro deles. Porém, neste trabalho, os pesquisadores demonstraram que o tricô de trama, o mesmo método industrial comumente usado para fazer chapéus e luvas, pode criar estruturas curvas complexas usando apenas linha.
A equipe selecionou fios altamente elásticos e utilizou um método de tecelagem chamado plissado, que coloca diferentes fios em superfícies opostas do tecido. Essa combinação resultou em tecidos grossos e densos que se dobram naturalmente em formas tridimensionais. O efeito depende do mesmo comportamento básico que faz com que a borda inferior de uma camiseta cortada se enrole.
“A seleção do fio e as escolhas dos parâmetros da máquina nos permitiram selecionar perfeitamente um tecido que encolheria o mais rápido possível”, disse Mahadevan.
Tecidos que se esticam entre formas estáticas
Os pesquisadores então organizaram as listras horizontais e verticais em combinações sistemáticas. Isso lhes permitiu criar peças de vestuário que pudessem se encaixar entre diferentes configurações e permanecer estáveis em cada uma delas, como um interruptor de luz que permanece ligado ou desligado.
Ao estudar como a geometria e as propriedades do material do tecido afetavam esse comportamento de encaixe, a equipe determinou as condições físicas que permitem que os tecidos se tornem multiestáveis. Eles simularam com sucesso o comportamento tratando cada peça de roupa como um material contínuo, em vez de tentar modelar cada fio de fio individual.
Os pesquisadores adicionaram mais fios condutores finos para demonstrar como a tecnologia poderia ser usada em dispositivos práticos. Essas fibras condutoras transformaram estruturas tecidas em interruptores elétricos macios e elásticos que mudam o estado elétrico quando o tecido passa de uma configuração para outra.
Do contador de passos às luzes que mudam de cor
Numa demonstração, a equipa criou uma estrutura tecida multiestável que liga e desliga um LED à medida que o tecido se move entre estados estáveis.
Eles também criaram um interruptor têxtil que pode ser usado acima do joelho ou cotovelo. O movimento de encaixe produzido quando a junta gira pode ser detectado pelo Arduino e usado para contar os passos.
Outro protótipo era um abajur reconfigurável com três interruptores multiestáveis separados. Cada interruptor controlava uma cor diferente de luz conforme as peças de tecido eram puxadas e puxadas entre as configurações. Esses dispositivos, juntamente com outros exemplos do projeto, foram recentemente apresentados Estabelecimento do Laboratório de Arte.
Os pesquisadores criaram um abajur reconfigurável com interruptores multiestáveis que correspondem a diferentes cores de luz.
Um caminho possível para têxteis inteligentes escaláveis
É importante ressaltar que as máquinas utilizadas por Mahadevan e seus colegas são semelhantes aos equipamentos de tecelagem industrial já encontrados nas fábricas têxteis. Essa compatibilidade mostra que os dispositivos baseados na tecnologia podem ser potencialmente ampliados de forma relativamente rápida.
Do ponto de vista científico, este trabalho também aproxima os têxteis do campo dos metamateriais mecânicos não lineares. Essas estruturas projetadas são projetadas para torcer, dobrar e quebrar de maneiras controladas que fornecem funções úteis.
Mahadevan vê oportunidades adicionais no uso da multiestabilidade para criar tecidos que combinam suavidade, construção perfeita e funcionalidade. No futuro, os pesquisadores imaginam roupas que possam rastrear silenciosamente o movimento do corpo, fornecer feedback tátil ou alterar sua forma física quando necessário.
A pesquisa foi apoiada pela concessão da NSF DMR-2011754 e pelo programa ARO MURI W911NF-22-1-0219. O instrumento foi apoiado pelo Prêmio ONR DURIP N00014-19-1-2220.
