Como comidas e roupas mutantes vão invadir sua vida

Imagine poder cozinhar um pacote de pequenos retângulos e vê-los se transformarem em um delicioso macarrão parafuso diretamente na sua panela de água fervente. Ou, quem sabe, se sentir mais ventilado durante a sua aula de musculação, com uma camiseta que abre fendas que deixam o suor evaporar, fechando-as assim que o seu corpo estiver mais seco. Inovações desse tipo já são possíveis, por meio de técnicas de metamorfose de materiais que estão sendo desenvolvidas por pesquisadores do mundo todo. São os chamados materiais shapeshifters, adaptáveis ou metamorfos, que poderão impactar não só as indústrias gastronômica ou da moda, mas também processos logísticos, desenvolvimentos aeroespaciais e até mesmo a medicina.

Segundo Lining Yao, diretora do Laboratório de Materiais Metamórficos da Universidade Carnegie Mellon, nos EUA, a inspiração vem do mundo natural. Em apresentação durante o festival de inovação SXSW, a cientista destacou que a natureza tem seus próprios materiais "transformers", como as pinhas dos pinheiros. Em ambientes úmidos, suas escamas se fecham para manter secas as sementes. Caso o ar torne-se mais seco, as escamas se abrem. Devido à essa capacidade adaptável das pinhas, elas são inclusive apontadas como higrômetros naturais, ajudando a indicar a situação da umidade do ar no local onde se encontram.

"Não existe eletricidade [para realizar esse movimento], existe um material que é naturalmente inteligente. Esse é um mecanismo da natureza para garantir a sua sobrevivência. Falamos de inteligência artificial, mas essa é uma inteligência natural", destaca Yao. Essa área de pesquisa, também conhecida como origamis ativos, mescla o conhecimento de estruturas biológicas (como a pinha) e a engenharia por trás das dobraduras de papel dos origamis, agora ganhou um nome mais marketeiro: impressão 4D. Mais comercial, o novo nome facilita a compreensão da técnica, pegando carona no já conhecido conceito da impressão 3D, que imprime em camadas, gerando objetos tri-dimensionais.

A "quarta dimensão", na impressão 4D, é resultado de um estímulo externo que, em um intervalo de tempo, pode transformar esse objeto em uma nova estrutura. Ou seja, cada camada desses objetos é construída com o objetivo de permitir a dobra, flexão ou transformação do material em um outro formato.

"São objetos que alteram a sua forma e/ou função ao longo do tempo", detalha Silvia Titotto, professora da UFABC (Universidade Federal do ABC) e líder do grupo 4DB, pioneiro desta área de estudo no Brasil. Geralmente o estímulo externo da impressão 4D é obtido por meio de energias passivas, explica a pesquisadora. É o caso da umidade (que nas pinhas é capaz de abrir ou fechar as escamas), ou de repente uma alteração de temperatura (frio ou calor), alteração de pH (meio ácido ou básico), de iluminação (mais ou menos luz) ou vento. "Mas também existem estudos sobre alteração de materiais por meio de energia ativa, que podem englobar desde a agitação mecânica (sacudindo o objeto, por exemplo) até impulsos elétricos (conectando a uma tomada ou bateria)", complementa Titotto.

Macarrão que se torce sozinho

Uma das aplicações mais surpreendentes da impressão 4D é a criação de alimentos que podem se metamorfosear. Um dos estudos conduzidos pelo laboratório de Yao é sobre a criação de um tipo de macarrão inteligente, construído via impressão 4D. Reunindo um time multidisciplinar, que entende tanto de engenharia de materiais quanto de gastronomia, Yao fechou uma parceria com a fabricante italiana Barilla para construir macarrõezinhos que se transformam ao serem submersos em água fervente. Apelidado de "apetite transformativo", o estudo mostra os pedacinhos da massa sendo construídos e depois se metamorfoseando em outros formatos dentro de um recipiente.

Mais do que desenvolver formatos criativos de macarrão, que podem ser utilizados na gastronomia para criar novas texturas e sabores para encantar o público, a aplicação da impressão 4D na indústria alimentícia pode significar uma grande economia no processo de empacotamento. "Podemos economizar 67% do espaço das embalagens de macarrão se ele puder ser armazenado na forma plana", explica Yao, ressaltando que a potencialidade de criar embalagens mais compactas oferece mais eficiência não só nos processos logísticos da indústria alimentícia, mas pode ser também aplicada para o envio de alimentos para áreas que sofrem com falta de mantimentos, como em desastres naturais ou situações de guerra, para atletas e esportistas que precisam carregar seus próprios víveres e até mesmo para o armazenamento de alimentos em estações espaciais.

Tecidos que se mexem

Outra área em que a impressão 4D promete trazer novidades é a indústria têxtil. Afinal, o nosso próprio corpo pode oferecer estímulos externos, como a mudança de temperatura ou o suor, que nada mais é que uma umidade. Enquanto esteve no Tangible Media Group do MIT (Universidade de Tecnologia de Massachusetts), Yao participou do desenvolvimento do Second Skin (segunda pele, em tradução livre do inglês), um tipo de tecido que era capaz de responder à umidade corporal. O protótipo, desenvolvido pelo grupo de Yao em parceria com a fabricante de moda esportiva New Balance, era capaz de identificar gotículas de suor e movimentar partes do tecido, que "abriam suas escamas" para permitir a evaporação do suor. Assim que o corpo fica mais seco, as escamas param de detectar umidade e voltam a se fechar.

Essa movimentação do tecido é possível por conta de uma solução que é aplicada às fibras, rica em um tipo de bacilo atóxico que é utilizado na culinária japonesa, o bacillus subtilis natto. Altamente sensível à umidade, esse bacilo contrai ou expande suas células conforme a atmosfera ao seu redor, criando esse movimento de abertura das escamas. "Imaginamos um mundo onde os atuadores ou sensores podem ser cultivados ao invés de fabricados, sendo derivados da natureza, ao invés de produzidos em fábricas", diz o bioLogic, grupo do MIT responsável pelo Second Skin.

Mais do que um novo tipo de roupa "dry fit", a impressão 4D pode trazer à tona o potencial de criação de tecidos que se adaptem ao clima conforme a sua intensidade. Para capas de chuva, por exemplo, um tecido 4D poderia funcionar de formas diferentes para dias de garoa e momentos de chuva mais forte. Roupas térmicas também poderiam se adaptar à intensidade do frio do ambiente, imagina Titotto. "Se pensarmos em estratégias de design com camadas de materiais avançados, podemos criar peças de vestuário com alvéolos de ar entre as camadas de tecido, e cada um desses módulos poderia inflar e isolar termicamente o indivíduo conforme a temperatura lá fora", detalha a professora, usando como exemplo prático as jaquetas acolchoadas de inverno.

Movimento para móveis e aviões

É mais fácil imaginar essa tendência de modelagem em materiais tradicionalmente mais flexíveis, como alimentos ou tecidos. No entanto, os especialistas afirmam que também é possível aplicar a tecnologia 4D (ou metamórfica) em materiais mais rígidos, como plástico ou metal. Lining Yao contou já ter experimentado o uso do 4D com plástico rígido, utilizado para mobiliário, o que permitiria a montagem de móveis de uma forma bem fácil - de repente, usando uma bacia de água para mergulhar as peças ou usando o forno ou um secador para aquecê-las.

Nos móveis, a vantagem é principalmente em termos de logística, que permite o envio das peças em formato plano, economizando espaço e minimizando o risco de quebras. No entanto, na indústria aeronáutica, o interesse é outro: performance. Através da criação de asas metamórficas, que se modificam gradativamente ao serem expostas a diferentes temperaturas, seria possível diminuir o arrasto, gerando mudanças suaves nas curvaturas que controlam a aerodinâmica das aeronaves. Não é à toa que o ITA (Instituto Tecnológico Aeroespacial) trabalha no tema desde 2001, conta Jefferson Gomes, diretor do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) e também professor da instituição. "Nas asas com flap, a mudança é muito brusca", explica Gomes, ressaltando que as asas metamórficas também trariam a vantagem da diminuição do peso das aeronaves, que passariam a não precisar de atuadores mecânicos e hidráulicos, simplificando o projeto dos aviões e reduzindo a necessidade de manutenção.

As novidades na aeronáutica, contudo, devem demorar um pouco para chegar ao mercado, especialmente por conta dos requisitos de segurança, que precisam ser checados e validados antes de serem colocados para voar, lembra Gomes. "Já podemos testar, em indústrias de menos risco, tecnologias mais avançadas de 4D em escala comercial. Na indústria têxtil, por exemplo, o risco é baixo: a roupa vai, no máximo, pinicar", contextualiza Titotto. Já na aeronáutica, vamos precisar de bem mais do que dois anos de inovações para as novidades em ação.

Tecnologia do tipo interdisciplinar

Inspirada pela biologia, com aplicações na gastronomia, na moda, em aviões e em instalações artísticas, a impressão 4D é, por natureza, uma tecnologia que se desenvolve a partir da colaboração entre profissionais e especialistas de diversas disciplinas. Um exemplo disso é o projeto de módulos de iluminação em 4D desenvolvidos por Kelvin Barros, um dos pesquisadores do 4DB. Para criar seus módulos a LED impressos em 4D, ele precisa manter contato com profissionais não só da área de engenharia, mas também de design e arquitetura, para compreender como desenvolver protótipos com maior harmonização arquitetônica e conforto para o usuário. "Pra mim, foi decisório tratar com ênfase essa questão da interdisciplinaridade, pois o projeto com a temática 4D exigia conhecimentos em diversas áreas", contou Barros.

Durante a apresentação em Austin, no SXSW, em março último, Lining Yao também destacou repetidas vezes a importância da parceria entre os chefs de cozinha para debates sobre os formatos e texturas de macarrão mais agradáveis para a gastronomia, dentro do projeto de Apetites Transformativos, ou a importância das conversas com estilistas e designers de moda para entender as melhores posições para colocar as fendas no tecido do Second Skin.

"É preciso dar visibilidade às parcerias que tornaram esses projetos [de impressão 4D] possíveis: eu trabalhei junto com a engenharia biológica, química e mecânica, com uma enorme variedade de estudantes da universidade", esclareceu Yao. "Talvez precisemos inclusive colaborar mais fortemente com as pessoas que estão fora das faculdades", insistiu ela, lembrando as parcerias com marcas, como Barilla e New Balance, que possibilitaram avanços em suas pesquisas e projetos.

No Brasil, a conexão entre profissionais de diferentes especialidades ainda é um empecilho para avanços da tecnologia 4D. "A maioria das pessoas foi formada pensando dentro de caixinhas. O nosso grande desafio é conseguir juntar esses profissionais, rompendo as barreiras das formações acadêmicas ou das experiências de trabalho tradicionais, pois é aí onde temos o maior potencial de revolução", concorda Titotto.