O projeto de investigação de Sistemas de Segurança Bio-Inspirado (BISS, da sigla em inglês) liderado pelo Grupo BMW permitiu desenvolver vestuário de proteção mais leve, capacetes mais resistentes e protetores mais estáveis a partir de novos materiais com propriedades protetoras 20% superiores aos existentes.
Investigadores do projeto BISS pertencentes a um consórcio de sete parceiros trabalharam durante três anos a investigar e a desenvolver conceções alternativas e conceitos materiais para o projeto biónico.
O Grupo BMW trabalhou em conjunto com a Adidas, ORTEMA, Phoenix e Uvex, bem como o Instituto de Tecnologia Têxtil e Engenharia de Processos de Denkendorf, na Alemanha, o Departamento de Engenharia de Polímeros da Universidade de Bayreuth e o Grupo de Biomecânica de Plantas da Universidade de Freiburg, com apoio adicional de parceiros como a empresa Innovations manufaktur em Munique.
Frutas de pomelo são modelos de amortecedores eficazes
Modelos biológicos como o fruto de pomelo (tipo de citrino) beneficiam de proteção altamente eficaz num impacto. Assim, quando o fruto cai da árvore não abre e o interior permanece intacto. A cobertura ou casca é também extremamente leve.
Outro exemplo de modelo biológico é o das escamas dos peixes e de muitos répteis. As escamas sobrepõem-se para criar um sistema composto que endurece quando sujeito a carga proporcionando proteção contra lesões. A armadura de proteção dos jacarés, por outro lado, funciona em parte, distribuindo a força para as escamas vizinhas.
O objetivo inicial do projeto de investigação BISS foi analisar a estrutura celular e funcionamento dos mecanismos de proteção dos modelos biológicos e explorar a formação de tecido partindo dos modelos biológicos para uso em produtos industrializados.
Os investigadores partiram para o passo seguinte refinando os correspondentes compósitos de fibras, estruturas de camada e orientação de fibras. O projeto passou então a examinar funções que anteriormente eram difíceis de conciliar, como ‘proteção contra choque’, ‘resistência à penetração’ e ‘amortecimento’, e a verificar se poderiam ser combinadas em sistemas de proteção inovadores usando camadas modeladas em estruturas biológicas.
Materiais mais leves, mais duros e mais estáveis
Os Investigadores conseguiram atingir resultados que ultrapassaram as expetativas mais otimistas, ao conseguirem soluções de proteção, a partir de modelos naturais, que são até 20% mais leves, mais resistentes e mais estáveis do que os materiais até agora usados.
Os materiais de proteção podem ser produzidos economicamente e processados para os fins pretendidos. O alto nível de eficiência funcional alcançado por equipamentos de proteção inspirados da biologia também economiza material. Isto não só torna o produto e a produção mais sustentáveis, mas também menos dispendiosos.
Proteção fácil de usar pelos trabalhadores da BMW
Especialistas do Grupo BMW preveem que as aprendizagens mais importantes para a empresa estão em novas abordagens tecnológicas para melhorar a proteção dos funcionários. Luvas e inserções de proteção feitas de materiais biónicos, por exemplo, podem proteger os trabalhadores numa linha de montagem.
Dado a leveza dos materiais, estes podem ser utilizados em outras aplicações como, por exemplo, para novas formas de equipamento de proteção para motociclistas. Uma das grandes vantagens é a criação de capacetes e protetores que mesmo oferecendo o mesmo nível de proteção pesam consideravelmente menos do que os modelos convencionais disponíveis no mercado.
Mais segurança e menos peso para os atletas
Os fabricantes de artigos desportivos também identificaram vantagens significativas para seus produtos. A Uvex desenvolveu novos princípios de design baseados em modelos biológicos e criou um novo tipo de material de amortecimento para capacetes para praticantes de esqui e para ciclistas, com propriedades de amortecimento de 10 a 20% melhores que os materiais convencionais, o que poderá levar à criação de capacetes ainda mais seguros que vão exceder os atuais requisitos de segurança.
A Adidas considera que a investigação abre portas para a criação de futuras roupas de proteção para jogadores de basquete e de futebol. A ORTEMA vê grandes oportunidades para o desenvolvimento de equipamentos inovadores para atletas. Este fabricante de equipamentos desportivos especiais considera que os materiais de inspiração biológica podem melhorar ainda mais as características protetoras de muitos dos produtos e, ao mesmo tempo, satisfazer a alta ergonomia exigidas para equipamentos de proteção de desportos.
A empresa Phoenix, que é especializada no desenvolvimento de produtos usando dados 3D e impressão em 3D, desenvolveu conceitos de produção especiais para permitir que os produtos sejam fabricados economicamente a partir de materiais inovadores.
Os materiais auxéticos respondem à pressão de maneira incomum
As propriedades protetoras únicas dos modelos biológicos estão essencialmente no seu design hierárquico. A casca do pomelo é um desses chamados materiais auxéticos, que respondem de forma completamente diferente à pressão do que as estruturas convencionais. O material convencional cede e torna-se mais fino sob o ponto de pressão, o material auxético comprime e endurece mais rápido. Uma característica adicional do comportamento atípico de tensão / tensão é que o material tornar-se mais espesso quando esticado, em vez de mais fino.
Os investigadores do projeto BISS conseguiram decifrar a estrutura de proteção natural auxética e usar novos métodos para transferi-la para a estrutura das espumas. Isso possibilita a produção de têxteis compostos com efeito protetor que nunca tinham sido produzidos.
