Chamado Isomax , o material é uma espuma rígida baseada em uma formação repetitiva de células de forma geométrica. Estruturas como esta são um exemplo do que é chamado um material heterogêneo – composto de diferentes componentes – e apesar de Isomax principalmente sendo ar e espaço vazio, é realmente o mais difícil tal composto já projetado.

“A geometria Isomax é extremamente rígida em todas as direções”, explica o cientista de materiais Jonathan Berger da UC Santa Barbara.

Berger originalmente concebeu o design para Isomax em 2015 , quando ele estava à procura de um material com a maior rigidez possível à razão de luminosidade.

A idéia era encontrar uma estrutura celular 3D repetitiva – como favo de mel -, mas que oferecia uma densidade extremamente baixa em termos de massa total e com a máxima resistência possível e resistência ao esmagamento.

Agora, em um novo trabalho , Berger e sua equipe apoiaram sua modelagem inicial de computador com novos cálculos mostrando que a estrutura geométrica de Isomax atinge os limites de rigidez elástica como formulado por um teorema chamado os limites de Hashin-Shtrikman .

“Houve obviamente um monte de feedback positivo [em 2015]”, diz Berger , “mas para mim como cientista, é um pouco de mão demais acenando até que você tenha algo em um jornal revisado por pares.

O Isomax ainda não foi fabricado, mas o que torna o material tão rígido teoricamente é a combinação de duas formas básicas – um triângulo e uma cruz. Usando estes dois motivos, a célula de repetição Isomax é composta de um número de pirâmides reforçadas por paredes interiores.

De acordo com os pesquisadores, as paredes de intersecção são perfeitas para resistir a forças de esmagamento perpendiculares, enquanto as formas piramidais fornecem estabilidade e resistem às forças de corte (não alinhadas) de direções opostas.

Engenharia da UCSB

Porque o projeto da pilha significa que Isomax é na maior parte espaço vazio, a espuma termina acima de ser incredibly luz, apesar de sua resiliência extrema, Berger principal para descrevê-la como “a espuma a mais eficiente no universo”.

“Porque tem certas simetrias e alinhamentos e atinge os limites teóricos para a rigidez, não há outro material como ele” , explicou em 2015 .

O próximo passo para a equipe é investigar o potencial desse metamaterial no mundo real.

Uma análise experimental permitirá testar a resiliência física do Isomax no laboratório, e eles também estão olhando para processos de fabricação que permitiriam que a estrutura fosse fabricada de forma eficiente.

Uma vez fabricado, a equipe prevê Isomax sendo usado em tudo, desde novos tipos de materiais de embalagem para dispositivos prostéticos leves.

“Será também um excelente isolamento térmico e material de absorção de som”, diz um dos membros da equipe, Haydn NG Wadley da Universidade de Virginia.

“Possíveis aplicações para este material ultraleve são susceptíveis de surgir em estruturas aeroespaciais, para lightweighting automóveis e em muitas máquinas robóticas, especialmente móveis tipos que carregam seu próprio poder e deve manobrar”.

Os achados foram relatados na Nature .