|Série Estruturas celulares: A engenharia imitando cada vez mais a natureza| #1 – O que são estruturas celulares na engenharia? (V.6. N.9. P.1, 2023)
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O que são estruturas celulares na engenharia?
Na engenharia, as estruturas celulares são basicamente estruturas mecânicas formadas pela repetição de algum tipo de padrão básico tridimensional ou célula, e daí o nome celular. Estas estruturas são altamente porosas e leves sendo mecanicamente bem mais eficientes que estruturas sólidas por ter uma maior resistência mecânica combinada com um peso reduzido.
O alto desempenho das estruturas celulares para aplicações de engenharia foi descoberto pela observação de biomateriais encontrados na natureza como na colmeia de abelhas, no bambu, na cortiça, no tecido vegetal, no tecido ósseo, entre outros.
Assim por exemplo, a estrutura interna em forma celular observada na madeira possui um índice de desempenho muito alto para resistir à flexão, tração e esmagamento com baixo peso, por esse motivo acabou sendo bastante utilizado na fabricação de casas. A estrutura interna de uma vitória-régia possui uma grande resistência a flexão podendo suportar pesos consideráveis até de uma criança.
Estruturas celulares encontradas na natureza (de esquerda para direita): colmeia de
abelhas, tecido ósseo e cogumelo véu-de-noiva
Nos dias de hoje, as estruturas celulares nos biomateriais estão sendo cada vez mais utilizados como inspiração e referência para o desenvolvimento de novos materiais. Isso porque há uma grande diversidade de biomateriais na natureza com propriedades físicas e mecânicas muito atrativas do ponto de vista da engenharia que não envolvem
unicamente grande resistência mecânica, mas também outras propriedades interessantes como alta capacidade de absorção de energia de choque mecânico, isolamento térmico, resistência a cargas repetitivas, isolamento acústico, estabilidade estrutural, entre outras vantagens.
Estrutura celular na parte posterior da folha da Victória Régia que pode suportar o peso
de uma criança se for bem distribuído na superfície da folha
As estruturas celulares são geradas pela repetição de células de geometria simples ou complexa as quais são criadas a partir de formas geométricas elementares (como barras, tubos, etc.) ou por meio de formulações matemáticas. Por exemplo, podem ser criadas a partir de vigas e treliças que resulta em estruturas celulares de geometria mais simples
que podem ser mais fáceis de implementar em qualquer modelador sólido, por exemplo: estruturas G6, cruz simétricas, octaédricas, BCC, entre outros.
Alguns exemplos de geometrias básicas de estruturas celulares usadas em engenharia
Assim também é possível criar estruturas de células com padrões geométricos baseados em algoritmos matemáticos que possibilitam explorar formas celulares mais complexas como por exemplo: estruturas giroides, Voronoi, TPMS, TFCC, entre outros.
Vale ressaltar que o modelamento sólido destas estruturas mais complexas requer o uso de programas específicos que conseguem gerar tais estruturas as quais dificilmente poderiam ser feitas manualmente!
Gostou do texto? Confira os próximos posts da série para saber mais sobre como a engenharia imita, cada vez mais, a natureza!
