Rolamentos e mancais inspirados na cartilagem humana

Engenheiros desenvolveram um material que imita a cartilagem humana - o sistema de lubrificação e absorção de choques do corpo - mas que não foi feito para implantes médicos. Em vez disso, o novo material promete uma nova geração de rolamentos e mancais mais leves, mais duráveis e autolubrificantes. A cartilagem é um tecido fibroso mole encontrado ao redor das articulações que fornece proteção contra a carga compressiva gerada ao caminhar, mas também fornece uma camada protetora e lubrificante, permitindo que os ossos movimentem-se uns sobre os outros sem atrito.

Um dos truques da cartilagem para funcionar como amortecedor está em sua estrutura porosa, preenchida pelo líquido sinovial. Sob impacto, o líquido é "ejetado", ajudando a dissipar as forças. Rapidamente ela volta ao seu estado original, reabsorvendo o líquido e ficando pronta para a repetição do ciclo - a cartilagem é um material bifásico.

"Agora nós desenvolvemos um material para aplicações de engenharia que imita algumas das propriedades mais importantes encontradas na cartilagem, e isso só foi possível porque encontramos uma maneira de imitar a forma como a natureza o faz," disse o professor Siavash Soltanahmadi, da Universidade de Leeds, no Reino Unido.

As tentativas anteriores de desenvolver um sistema de cartilagem sintética se concentraram no uso de hidrogéis, materiais que são bons para reduzir o atrito, mas têm um desempenho ruim quando submetidos à força de compressão, demorando a voltar ao seu estado inicial.

Os pesquisadores superaram esse problema criando um material poroso sintético feito de um hidrogel mantido em uma matriz de polidimetilsiloxano ou PDMS - um polímero à base de silicone.

O comportamento de carga do hidrogel retido na matriz de PDMS foi de 14 a 19 vezes maior do que no hidrogel sozinho, dependendo do teste. O módulo de elasticidade de equilíbrio do compósito foi de 452 kPa em uma faixa de deformação de 10% a 30%, próximo aos valores da cartilagem biológica.

Além da capacidade de carga, o material se comporta de forma mais eficiente do que muitos sistemas tradicionais de engenharia lubrificados a óleo, embora o material polimérico não resista a temperaturas tão elevadas quanto os metais.

"Existem muitas aplicações em engenharia para um material sintético que é macio mas pode suportar cargas pesadas com desgaste mínimo, como em rolamentos. Há potencial em toda a engenharia para um material que se comporta como a cartilagem", finalizou Soltanahmadi.

Bibliografia:

Artigo: Fabrication of Cartilage-Inspired Hydrogel/Entangled Polymer-Elastomer Structures Possessing Poro-Elastic Properties
Autores: Siavash Soltanahmadi, Nicholas Raske, Gregory N. de Boer, Anne Neville, Robert W. Hewson, Michael G. Bryant
Revista: Applied Polymer Materials
DOI: 10.1021/acsapm.1c00256

(Inovação Tecnológica)

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