A capacidade de projetar e fabricar dispositivos biomédicos 3D complexos é crítica na engenharia de tecidos. As aplicações para esses dispositivos são principalmente para a restauração de defeitos anatômicos, a reconstrução de órgãos complexos (fígado e órgãos linfóides) e scaffolds para diferenciação de células-tronco. Um grande exemplo de necessidade para essa aplicação são os defeitos anatômicos no crânio, causados por câncer, trauma e defeitos congênitos.

Nos últimos anos, várias abordagens baseadas nos princípios da engenharia de tecidos têm sido exploradas para regenerar outros tecidos funcionais que são relevantes para a regeneração de tecidos maxilofaciais.

Nesse sentido, a fabricação sólida de forma livre (SFF - solid free form fabrication) permite que o projeto e a fabricação de estruturas 3D possam ser específicas para cada paciente. A integração do design assistido por computador (CAD - computer aided design), técnicas avançadas de imagem (ressonância magnética e tomografia computadorizada) e prototipagem rápida, avançaram para favorecer a fabricação de objetos com controle de macro e microarquitetura.

Embora as impressoras 3D industriais tenham atingido uma resolução extremamente alta nos últimos anos, os avanços na capacidade da máquina não se aplicam diretamente no uso de biomateriais, devido a suas limitações físicas e químicas. Os autores focam nas tecnologias avançadas de impressão 3D que estão sendo usadas para fabricar scaffolds na engenharia de tecidos.

Impressão Tridimensional (3DP - Three dimensional printing): permite a fabricação de estruturas 3D por impressão a jato de tinta em solução líquida aglutinante. Uma grande amplitude de materiais tem sido utilizada neste tipo de impressão, uma vez que a maioria dos biomateriais existem no estado sólido ou líquido (tanto cerâmicos quanto poliméricos). A fabricação de scaffolds complexos é facilmente alcançável com esta técnica. Autores em diferentes pesquisas criaram scaffolds altamente porosos com a combinação das técnicas de lixiviação particulada por 3DP e demonstraram o crescimento celular nos scaffolds desenvolvidos. Os materiais 3DP incluem polifosfato de cálcio e PVA (poliacetato de vinila).

Modelagem de deposição fundida (FDM - Fused deposition modeling): a modelagem de deposição fundida é a deposição de materiais termoplásticos fundidos através de uma ou duas cabeças de extrusão aquecidas com um pequeno orifício em um padrão específico. A FDM tem usado polímeros biocompatíveis com baixas temperaturas de fusão. Os materiais usados na FDM para criar scaffolds são PCL (policaprolactona) e compósitos de vidro bioativo. Também é uma técnica muito utilizada para planejamento de cirurgias.

Plotagem 3D de bioimpressão (3D plotting): foi desenvolvido para criar scaffolds de tecidos moles. A plotagem 3D é baseada na extrusão de um material líquido viscoso de uma seringa pressurizada em um meio líquido. O material é depositado em um fio contínuo ou em pontos individuais para criar uma forma 3D desejada de cerâmica, polímeros ou hidrogéis (onde é utilizada a fabricação sólida de forma livre). Os materiais de bioplotagem incluem PLGA (poliácido lático glicólico), colágeno, quitosana e proteína de soja.

Concluindo, os autores apresentaram os principais tipos de impressão 3D para obtenção de scaffolds com geometrias complexas, sendo aplicáveis em diferentes aspectos da medicina regenerativa. Diante disso, podemos perceber que a impressão 3D, com suas diferentes variantes, é uma tecnologia extremamente importante e crucial na área da engenharia de tecidos.

As condições de serviço com relação às vedações de borracha são principalmente baseadas no estado de deslizamento dinâmico, com alto coeficiente de atrito, o que pode comprometer a segurança do equipamento e a vida útil do serviço. Os filmes de carbono tipo diamante (DLC - diamond like carbon) têm sido os candidatos ideais para a modificação tribológica de superfícies de borracha devido às suas excelentes propriedades tribológicas nas últimas duas décadas.

O carbono tipo diamante é uma classe de materiais amorfos que possuem inércia química superior e resistência à corrosão. Apresenta um coeficiente de atrito (CoF - coefficient of friction) extremamente baixo, o que o torna um dos lubrificantes sólidos mais promissores da engenharia. A pesquisa em DLC/borracha tem sido realizada nas últimas duas décadas devido à sua boa compatibilidade química (de onde os principais componentes são carbono e hidrogênio).

O artigo aponta que o filme de DLC melhora significativamente o desempenho de fricção e desgaste da superfície de borracha, o que reduz drasticamente o coeficiente de atrito da superfície de borracha. No entanto, aplicar filmes duros a um substrato macio ainda é um desafio encontrado pelos autores. A deformação na borracha macia induz a fratura dos filmes duros, e posteriormente, a esfoliação dos filmes DLC, que pode causar desgaste severo.

Uma superfície limpa promove uma boa adesão entre os filmes e o substrato. A limitação de temperatura da borracha torna a limpeza por plasma um método alternativo para obter uma superfície limpa. Um plasma de argônio foi usado pelos autores na pesquisa para tratar a superfície da borracha antes da deposição dos filmes de DLC.

Eles notaram que a diferença morfológica sob tensão, entre borracha tratada com plasma e não tratada por plasma, revela que o tratamento com plasma fortalece a adesão interfacial. Quando a tensão é liberada, todas as trincas retornaram à sua microestrutura inicial. Assim, nenhuma perda de camada das manchas de filme foi observada pelos autores.

Isso indica que o filme DLC adere bem ao substrato de borracha após o tratamento com plasma. A modificação da morfologia da borracha e a mudança da temperatura no início da deposição foram responsáveis pelo aumento da adesão. 

Figura 1: Morfologia do filme DLC depositado não-tratado (esquerda) e do filme DLC pré-tratado com plasma argônio (direita) após ser esticado em tensão máxima. Fonte: (Liu et al, 2022).

Embora os filmes de DLC apresentem baixo CoF na superfície de borracha, o consumo de desgaste das camadas de DLC é o principal fator determinante da vida útil de proteção da peça. O aumento da espessura é uma forma alternativa de prolongar a vida útil dos filmes DLC. No entanto, tensões consideráveis são geradas com o aumento da espessura.

Os autores concluem que depois de melhorar a propriedade de resistência ao desgaste, o aumento da força de carga pode deixar de ser um desafio para a borracha revestida com DLC. Assim, a borracha pode suportar condições severas de fricção. Devido à extensa aplicação de materiais macios no ambiente de atrito, o estudo realizado é vital para diminuir o desperdício causado pelo atrito.

Nas últimas quatro décadas, os foguetes têm sido cada vez mais utilizados para explorar a atmosfera e o espaço. Muitos desses usos foram benéficos para a civilização, como colocar satélites (e sistemas de satélites) em órbita. Esses satélites têm sido usados para várias investigações científicas, monitoramento do clima e investigação do sistema solar, enquanto outros tipos de foguetes têm sido usados para explorar asteroides, planetas e o espaço sideral.

Diferentes modelos e cálculos computadorizados são utilizados pelos cientistas de foguetes para prever o desempenho do foguete. Vários fatores e critérios podem influenciar o desempenho dos foguetes, o que é definido como um problema multicritério. Um dos principais critérios que influenciam na tecnologia de foguetes, bem como seu desempenho geral, é o tipo de combustível usado, seja líquido, sólido ou híbrido.

Nos últimos anos, esforços significativos têm sido feitos em todo o mundo para desenvolver propulsores verdes para foguetes como substituto da hidrazina, que é o principal propelente utilizado em foguetes e satélites hoje em dia. Esses materiais verdes híbridos têm o potencial de fornecer impulso de alta densidade, superando o desempenho dos monopropelentes tóxicos mais comuns.

Pesquisas recentes concentram-se na produção e desenvolvimento de novos tipos de materiais adequados para aplicações de alta tecnologia, incluindo propulsão híbrida de foguetes. Para chegar nesse objetivo, os compósitos de fibras naturais são uma alternativa em potencial não apenas para automóveis, fábricas verdes e estrutura aeroespacial, mas também podem ser muito atraentes para o combustível de foguetes híbridos, particularmente aqueles produzidos a partir de polipropileno/fibras naturais, como o núcleo de foguetes combustível do tipo sólido.

Com essa introdução, o artigo apresenta um modelo computacional de hierarquia multicritério que auxilia na seleção da tecnologia de propulsão de foguete mais aplicável de acordo com o requisito de desempenho em vários critérios de avaliação. Definindo mais tecnicamente, o processo de hierarquia analítica (AHP - analytical hierarchy process) é utilizado como uma ferramenta projetada para resolver os problemas de tomada de decisão de multicritérios (MCDM - multi-criteria decision-making).

No artigo de estudo, o modelo de processo de hierarquia analítica foi utilizado para aprimorar decisões mais informativas a partir de informações numéricas e linguísticas sobre o desempenho do combustível baseado em um material híbrido verde em ambiente incerto.

Os autores definiram os critérios que afetam o desempenho do foguete de diferentes pontos de vista, sendo eles: o desempenho (impulso específico), o tamanho (densidade de massa), a estabilidade (facilidade de partida e direção), a segurança, o custo e a operacionalidade.

Concluindo, o modelo hierárquico de tomada de decisão construído pelos autores foi capaz de avaliar melhor o desempenho de vários tipos de materiais combustíveis, assim como selecionar o material mais adequado para a tecnologia de propulsão de foguetes em ambientes diferentes. Além disso, o modelo considerou várias avaliações simultâneas e critérios conflitantes para demonstrar de forma prática questões econômicas, técnicas e sustentáveis para o tomador de decisão nessa área.

Dizem também que, por demonstrações, o foguete de propulsão líquida foi o preferido em relação ao desempenho, estabilidade e controle dos critérios de ignição, mas o pior em relação à sensibilidade explosiva, nível de toxicidade e operabilidade. Já o de propulsão sólida foi o melhor em relação ao nível de toxicidade, custo e critérios de operacionalidade, mas é o pior em relação ao desempenho, tamanho, estabilidade e controle dos critérios de ignição. O modelo de propulsão híbrido foi o melhor em relação ao tamanho e sensibilidade à explosão, mas não o pior em nenhum dos critérios considerados.

Por fim, o modelo de hierarquia analítica proposto foi implementado com sucesso para resolver o problema de conflito multicritério, além de fornecer um instrumento valioso para testar a avaliação e alternativas, reduzindo assim os atrasos na tomada de decisão em relação à avaliação de diferentes tecnologias de propulsão para foguetes químicos.

As empresas de manufatura estão enfrentando tempos delicados, enfrentando ciclos de inovação mais rápidos e manufatura mais ágil para responder às demandas do mercado. Os desafios na manufatura vêm de tecnologias antigas e processos desatualizados, enquanto a indústria 4.0 está transformando o mundo da manufatura em direção a novos negócios e operações de manufatura.

Com isso, a fabricação como serviço (MaaS - Manufacturing-as-a-Service) está avançando por meio de plataformas de fabricação digital e simplificando cada vez mais as cadeias de suprimentos, criando capacitadores para encontrar produção rápida e econômica com empresas que possuem capacidade de fabricação. atualmente a maioria dos operadores da fabricação como serviço estão operando em áreas como usinagem e impressão 3D.

Como resultado da transformação digital da manufatura e da Indústria 4.0, os sistemas de manufatura estão sendo cada vez mais vistos como sistemas de informação. Dados e informações digitais são trocados entre diferentes partes em relação a produtos (projetos de produtos digitais) e sistema de produção.

A questão chave do artigo é se a fabricação de serviços baseados em habilidades robóticas totalmente automatizadas é tecnicamente viável explorando dados de produtos digitais, que é justificado por seu potencial de grande melhoria na eficiência de fabricação.

A implementação de serviços de manufatura ágil implica essencialmente no compartilhamento de dados e informações relacionados à manufatura entre as fronteiras da empresa. A orientação a serviços e dados permite a aceitação flexível de um conjunto abrangente de operações de fabricação, desde que as informações necessárias estejam disponíveis. Por outro lado, os autores afirmam que as orientações de serviço e dados também implicam que as operações do dispositivo nas instalações de fábricas sejam parametrizadas e configuráveis. 

Mais ainda, afirmam que essencialmente as operações automáticas de fabricação robotizada requerem dados detalhados, especialmente no que diz respeito aos aspectos geométricos de peças e produtos. 

Os autores descrevem que um robô funciona através de um controle hierárquico, que satisfaz as necessidades de realização das tarefas desejadas. Com isso, as "habilidades" de um robô é representada pela operação de modelos comportamentais e pela integração dos sensores utilizados nas operações.

A implementação do sistema proposto pelos autores foi avaliado de maneira qualitativa: tentativas e testes, realizando comunicação de ponta a ponta, desde pedidos de fabricação de serviços, modelos e receitas de produtos e controle até a relação dos robôs com seus programas de habilidades. Com base na avaliação realizada pelos autores, a arquitetura geral do sistema foi considerada tecnicamente viável e operacional em um ambiente de laboratório, conforme ilustrada na figura 1 a seguir.

Figura 1: Implementação do sistema robótico na detecção e rebarbação de furos. Fonte: Heikkila et al. 2022.

Os autores concluem que foram realizadas, com sucesso, implementações de operações com robôs reutilizáveis com movimentos guiados por visão 3D com habilidades simples ou mais complexas. As habilidades integraram as ações do robô e os dados do sensor. Afirmaram que as operações de produção orientadas a dados podem ser automatizadas com base nos dados do modelo de produto e nos dados do modelo de produção.

Fecham o artigo dizendo que as habilidades robóticas configuráveis e reutilizáveis são os principais recursos necessários no provisionamento eficiente de serviços digitais para o setor de manufatura, bem como na organização de operações de manufatura de maneira flexível para produção orientada por dados.

A fototerapia, como terapia minimamente invasiva, é amplamente aplicada para terapia de câncer e outras aplicações biomédicas. Um processo fototerapêutico típico envolve fontes de luz e agentes fototerapêuticos (PAs - phototherapeutic agents) que podem converter a luz em energia térmica como terapia fototérmica (PTT - photothermal therapy) ou em energia química, como terapia fotodinâmica (PDT - photodynamic therapy).

Os agentes fototerapêuticos (PAs) atualmente usados incluem moléculas orgânicas, óxidos de metais nobres e nanopartículas semicondutoras. Sendo assim, os nanomateriais de carbono (CNMs - carbon nanomaterials) apresentam boa biocompatibilidade, difusão nos tecidos profundos e fortes características de absorção óptica e demonstram ser desejáveis para várias aplicações fototerapêuticas.

Embora a maioria dos materiais de carbono sejam inativos como agentes fototerápicos, estratégias de tratamentos de superfície foram desenvolvidas para auxiliar os agentes fototerapêuticos de nanomateriais de carbono a apresentarem bom desempenho na fototerapia. O design de materiais à base de carbono como agentes de fototerapia podem ser divididos em três categorias: reduzindo a hidrofobicidade para aumentar a solubilidade em água, alcance para especificar e alcançar tecidos danificados e melhorando a resposta de fótons no infravermelho próximo (NIR -  near-infrared).

O artigo aponta que os nanomateriais de carbono exibem boas atividades fotorresponsivas e estabilidades que mostram grande potencial para fototerapia. Várias estratégias de tratamento de superfície foram desenvolvidas pelos autores para melhorar aspectos como a baixa solubilidade em água, a fraca absorção de infravermelho e a fraca capacidade de direcionamento dos nanomateriais de carbono.

Os autores afirmam que para maximizar os efeitos no tratamento de tumores e outras doenças, os nanomateriais de carbono precisam ser combinados com agentes fototerapêuticos responsivos ao infravermelho e outras estratégias no campo. Por conta disso, a maioria dos nanomateriais de carbono respondem parcialmente ao infravermelho, levando a limitações na penetração do tecido biológico. 

Assim, afirmam que o desenvolvimento de agentes fototerapêuticos mais avançados são necessários para ultrapassar a barreira do infravermelho e maximizar o tempo de circulação sanguínea para melhorar a conversão de energia luminosa em energia térmica ou química. 

Os autores concluem o estudo acreditando que as questões das limitações e desenvolvimento de nanomateriais de carbono mais avançados serão resolvidas com o desenvolvimento rápido da ciência e engenharia de materiais, no estudo de superfícies, na medicina catalítica e na tecnologia fototerapêutica. Além disso, afirmam que os nanomateriais de carbono irão revolucionar o campo da fototerapia e terão um impacto visível na vida do ser humano.

A capacidade de fornecimento da energia distribuída com abordagens sustentáveis é bem vista como uma oportunidade de permitir novos caminhos em tecnologias emergentes, tais como dispositivos vestíveis (wearable devices), tecnologia integrada e robótica.

Em comparação com outras tecnologias de captação de energia mecânica, os nanogeradores triboelétricos (TENGs - triboelectric nanogenerators) podem coletar com eficiência a energia mecânica para alimentar eletrônicos e sensores, baseados em princípios de triboeletrificação e indução eletrostática, exibindo vantagens como baixo custo, fabricação simplificada e variedade de materiais e estruturas.

Os estudos envolvendo TENGs concentram-se principalmente no aumento da geração de energia, aumentando a área de superfície, projetando as propriedades materiais nas superfícies de contato e demonstrando em aplicações práticas.

A maioria dos TENGs de última geração são construídos com polímeros sintéticos que não são biocompatíveis, reduzindo suas perspectivas de aplicação e relevância em tecnologias biomédicas e ambientais. Com isso, entra a importância da quitosana neste estudo.

A quitosana é geralmente derivada da quitina natural após desacetilação com tratamentos alcalinos e pode ser produzida a partir de conchas de crustáceos marinhos. Além disso, é usada em vários campos como tratamento de água, administração de medicamentos e também na engenharia de tecidos e, ainda, são biodegradáveis, biocompatíveis e não apresentam citotoxicidade.

A viabilização econômica e a aplicação da engenharia em materiais biologicamente abundantes em nanosensores são significativas não apenas para a exploração científica fundamental, mas também para atender às necessidades da sociedade em questões de energia sustentável e na proteção ambiental.

O estudo realizado pelos autores desenvolveu um nanogerador triboelétrico de quitosana com ácido cítrico, a fim de alterar a superfície do material para otimizar o potencial através da alteração dos grupos funcionais expostos na superfície.

Os autores afirmam que a mudança do potencial de superfície de um material resulta da mudança de densidade da carga na superfície. No caso do estudo realizado, os autores adicionaram mais ácido cítrico para dissolver o pó de quitosana, aumentando o número de grupos hidroxila e amino, enquanto a quantidade de grupo carboxila diminui, o que foi o motivo principal para os diferentes potenciais de superfície em diferentes amostras realizadas.

Considerando que a quitosana é um material de baixo custo, biodegradável e ecologicamente correto, os autores exploraram a viabilidade do sensor desenvolvido de quitosana-ácido cítrico para aplicação como um sensor de velocidade de carro triboelétrico.

Além disso, os autores aplicaram abordagens de mineração de dados para analisar e aprender a relação entre os sinais triboelétricos adquiridos e as classes de velocidade do carro (ou seja, baixa, média ou alta velocidade), além de também prever a relação entre os sinais e os valores de velocidades do carro.

Concluindo, os autores afirmam que o desempenho e a eficiência dos sensores triboelétricos podem ser otimizados pela modulação das composições e das propriedades do material por meio de engenharia de superfície molecular, que oferece um potencial promissor para projetar e implementar TENGs baseados em biopolímeros de alto desempenho para nanossistemas auto alimentados em tecnologias sustentáveis.

O estudo realizado abre caminho para novas tecnologias que utilizam materiais bioderivados para fabricação economicamente viável e ecologicamente correta de dispositivos funcionais em aplicações de energia, eletrônica e sensores.

Antes de iniciar o texto, vamos definir o que é um MXene. A princípio, parece um nome estranho para um material, porém ele se origina dos materiais bidimensionais, compostos por uma única camada de átomos. As estruturas 2D vêm de um grupo de precursores chamado de MAX Phases. 

A sigla MAX representa a composição química desse grupo de cerâmicos, dada por: um metal de transição (M), um elemento da família (A) e carbono ou nitrogênio (X). No processo de produção dos derivados bidimensionais, ocorre a retirada do elemento (A), o que explica a origem do termo “MX”. Somando com o termo em inglês “graphene”, temos o MXene. Certo?

O artigo apresenta a importância de sensores de gás em temperatura ambiente altamente sensíveis, que são cada vez mais exigentes hoje porque são necessários em áreas de monitoramento da qualidade do ar, aplicações de saúde e segurança alimentar. 

Com isso, os materiais MXenes, sendo os novos materiais 2D, combinam as boas propriedades de superfície em grupos funcionais e alta condutividade elétrica, o que indica que eles têm o potencial de produzir um ótimo material de detecção para temperaturas ambiente.

Vários polímeros condutores têm sido amplamente utilizados em sensores de gás devido à sua alta sensibilidade, baixo custo e capacidade ser operado em temperatura ambiente. Como um semicondutor típico, o artigo cita a polianilina (PANI), que tem sido amplamente utilizada em sensores de gás.

Com isso, os autores apontaram o enorme potencial dos materiais MXenes e da polianilina, devido a alta sensibilidade ao gás em temperatura ambiente, e propuseram um material híbrido de MXene/PANI, sendo o PANI/Ti3C2Tx.

Após testes de desenvolvimento com o material, os autores realizaram a fabricação de um nanocompósito PANI/Ti3C2Tx baseado em sensor de gás flexível de alto desempenho com sucesso. 

Combinando as simulações e medições eletrossensíveis, a boa atividade de detecção foi atribuída à alta absorção catalítica dos grupos funcionais presentes na superfície do Ti3C2 e do efeito sinérgico dos compósitos.

Os autores também realizaram testes de propriedades mecânicas dos sensores de gás e, para vários estados de tensão, a resposta foi positiva. Além de fornecer também uma motivação para utilizar materiais MXenes para empregos em sensores eletrônicos flexíveis.

Os autores finalizam, através de testes, que o material apresentou alta sensibilidade ao etanol e alto tempo de resposta em temperatura ambiente, tornando este tipo de material para detecção como a próxima geração de materiais que podem detectar rapidamente vazamentos de gases em tempo real.

A hemorragia intracerebral (HIC) é um dos tipos mais devastadores de AVC (acidente vascular cerebral). É responsável por cerca de 15% de todos os AVCs e culmina em alta mortalidade e incapacidade. Além disso, a lesão cerebral após a HIC é iniciada pelo dano mecânico causado pelo hematoma inicial, que é seguido por lesões cerebrais secundárias.

O fingolimode (fármaco imunossupressor) é uma terapia oral aprovada para esclerose múltipla (EM). Não só reduz o dano inflamatório, mas também promove a neuroproteção. O artigo aponta estudos clínicos recentes que mostraram que o fingolimode reduz efetivamente as lesões secundárias após a HIC, modulando a inflamação sistêmica e protegendo a permeabilidade vascular.

Os lipossomas são amplamente utilizados como carreadores de fármacos devido a boa biocompatibilidade, não tóxico e por ser biodegradável, alta eficiência de entrega e uma versátil modificação de estrutura. Além disso, os lipossomas podem ser produzidos com tamanho apropriado variando de 50 nm a 150 nm, com um efeito aprimorado de permeabilidade e retenção (EPR - enhanced permeability and retention). 

No entanto, o próprio lipossoma não se acumula especificamente nos locais onde ocorre a hemorragia intracerebral. Com isso, os estudos de nanomateriais específicos são usados para modificar os lipossomas. O desenvolvimento de lipossomas sensíveis ao pH para o tratamento da HIC no artigo apresentado se baseia no fato de que disfunção mitocondrial e sobrecarga intracelular após a HIC pode induzir falha de energia cerebral e ambiente com ácido local.

Neste artigo, os autores encapsularam o fingolimode e borano de amônia em lipossomas sensíveis ao pH para a penetração aprimorada da barreira hematoencefálica, segmentação de área da hemorragia intracerebral e, com isso, resultando efeitos colaterais limitados durante a circulação sanguínea. De acordo com os resultados apresentados pelos autores, a queda do pH aumentou a liberação de fármacos encapsulados em nanopartículas. 

Os mecanismos patológicos do hematoma após a HIC, incluindo estresse oxidativo e respostas inflamatórias, desencadeiam uma série de eventos adversos causando lesões cerebrais secundárias e déficits neurológicos graves subsequentes. Para contornar esse problema, foram usados lipossomas sensíveis ao pH como plataformas para projetar nanocarreadores com baixa citotoxicidade, que foram adequados para liberação de drogas em toda a barreira hematoencefálica.

O artigo conclui que os autores desenvolveram um lipossoma sensível ao pH encapsulado de fingolimode com borano de amônia, que inibiu efetivamente a inflamação relacionada à lesão cerebral induzida pela hemorragia intracerebral, bem como estresse oxidativo e, portanto, desempenhou um papel neuroprotetor após a hemorragia.

A madeira se mostra um material muito promissor como alternativa para polímeros reforçados que demandam muito trabalho e custo para reciclar. Recentemente, estudos em madeiras têm se mostrado relevantes para estabelecer a madeira, e materiais à base de madeira, como peças fundamentais em instalações de transporte. 

Além da sua leveza e sustentabilidade, a madeira possui muitas propriedades vantajosas, como alta resistência e rigidez, fácil usinabilidade, boa disponibilidade e custo benefício. Se usada para componentes de transporte de carga em veículos, no entanto, o material está sujeito a inúmeros ciclos de tensões, que podem causar danos por fadiga do material. Os autores estudaram a madeira maciça de bétula (B. pendula), da Áustria. 

Em relação aos testes de fadiga ultrassônica, os corpos de prova, em vez de serem tensionados por forças externas, são submetidos a vibrações de ressonância. As amostras são montadas em um trem de carga composto por componentes que são restringidos pela condição de ressonância em frequência ultrassônica. Diante disso, ambas as extremidades de cada componente vibram em direções opostas, resultando em nós de vibração com máxima deformação e tensão em seus centros.

O autor enfatiza que os testes de fadiga ultrassônicos são estritamente realizados no regime linear elástico e a correlação linear entre a amplitude de vibração e amplitude de tensão foi determinada antes do teste realizado nos corpos de prova, e as amplitudes de tensões resultantes foram calculadas pela lei de Hooke.

Além disso, o autor afirmou que a qualidade da aderência do medidor na superfície da amostra pode ser um problema para um material fibroso e poroso, como a madeira. Com isso, normalmente são utilizados adesivos para compensar a irregularidade da superfície, que podem gerar erros nas medidas.

Com isso, os autores desenvolveram uma configuração de teste de fadiga ultrassônica, que permite testes de fadiga de ciclo muito alto para a madeira dentro de um tempo de teste razoável. Essa nova configuração foi reverter o ciclo de tensão e deformação, possibilitando testes de fadiga em madeira maciça de bétula com equipamentos ultrassônicos operando a 20 kHz, alcançando vidas úteis na ordem de 103 a 109 ciclos de carga.

O artigo conclui que essa técnica de teste de fadiga ultrassônica é um método apropriado para testes acelerados em madeiras, permitindo a coleta de dados de fadiga estatisticamente significativos de até 109 ciclos de carga dentro de um tempo de teste razoável. 

Além disso, o autor conclui que a bétula não mostrou um limite de fadiga abaixo de 109 ciclos de carga, com 50% de probabilidade de fratura em 109 ciclos encontrados em uma tensão de 29 MPa.

Troung et al. (2022) estudam a fabricação de um painel solar de perovskita (PSC) com eletrodos livres de óxidos de condução transparentes (TCO). Para isso, materiais porosos, chamados de esponjas, foram fabricados para serem usados como camadas bloqueadoras de óxido de estanho dopado com flúor (FTO), um tipo comum de TCO. 

Essas esponjas continham nanotubos de carbono de parede simples (SWCNTs) que foram revestidos de rutilo (TiO2), assim é dado o nome SWCNT/TiO2. As esponjas foram sintetizadas pela técnica de deposição de nano-cluster de carbono (NCD), utilizando um eletrodo de grafite como fonte. 

Terminada a deposição, foi necessária uma etapa de recozimento a 400°C por 30 minutos para eliminar defeitos na estrutura dos nanotubos. Em seguida, esses nanotubos foram recobertos por uma fina camada de rutilo, também depositada pela técnica NCD. 

O substrato foi novamente aquecido a 400°C para promover a cristalização de TiO2. A espessura desta camada foi monitorada via SEM e TEM. Uma vez obtida a esponja, ela foi revestida com tinta à base de perovskita (MAPbI3) utilizando a técnica de deposição química de vapor e a técnica de spincoating. 

Para finalizar o painel, foi colocado um filme de ouro por meio da técnica de pulverização de corrente contínua (DCS), para atuar como eletrodo. Outro painel com o mesmo revestimento de rutilo, mas com FTO (nano-híbrido FTO/TiO2) como centro também foi sintetizado para comparar os resultados. 

Os resultados mostram que FTO/TiO2 tem melhor desempenho como camada de bloqueio para TCO, chegando até 91,1%; enquanto o SWCNT/TiO2 mal chega a 63,0%. Os painéis SWCNT/TiO2 obtiveram eficiência de apenas 7,2% na conversão da energia captada em energia elétrica. 

Por fim, os autores recomendam recriar esse experimento com SWCNTs de alta qualidade para melhorar a condução e a mobilidade da carga; e eles auguram um próspero futuro para o desenvolvimento de painéis solares de baixo custo, flexíveis e baseados em perovskita.

A demanda crescente por cuidados de saúde de forma segura, confortável e de alta qualidade levou a um aumento exponencial das tecnologias biomédicas e nos serviços de saúde. Neste aspecto, os sensores biomédicos e dispositivos médicos implantados estão substituindo gradualmente os dispositivos médicos utilizados tradicionalmente. Para simplificar, sensores biomédicos definem uma classe de equipamentos, desenvolvidos por meio de uma combinação de engenharia e biomedicina, que detectam e/ou respondem a sinais fisiológicos do corpo humano.

O artigo aponta que um dos problemas mais críticos nesse ambiente de aplicação biomédica é a confiabilidade da fonte de alimentação para os sensores biomédicos e dos dispositivos implantáveis. A transmissão tradicional de energia elétrica (baseada em contato através de fios) é propensa ao desgaste e exposição ao longo do prazo, que leva ao contato acidental e ao choque elétrico, representando um risco potencial para o paciente.

Com isso, o artigo apresenta os nanogeradores, que são dispositivos que coletam micro energias, energias nano-mecânicas e energias térmicas e as converte em energia elétrica. Sendo assim, o nanogerador se apresenta como uma nova tecnologia que pode possibilitar o desenvolvimento de dispositivos auto-alimentados, criando um novo campo de captação e conversão de energia. Além disso, existem três abordagens técnicas típicas para nanogeradores, baseadas em três diferentes mecanismos de geração de energia: piezoelétrico, triboelétrico e piroelétrico.

Na área da biomedicina, o artigo mostra que os nanogeradores podem ser usados diretamente em biossensores para converter sinais biológicos em sinais elétricos. Por exemplo, nano-dispositivos, como acessórios, podem ser usados fora do corpo para coletar a respiração, expressão facial e outras informações. Já o nanogerador implantável pode ser usado para detectar informações como frequência cardíaca e açúcar no sangue.

O artigo apresenta um exemplo de sensores para cada mecanismo de geração de energia. No mecanismo triboelétrico, um sensor de pulso ultra sensível auto-alimentado flexível (SUPS - self-powered ultrasensitive pulse sensor) pode monitorar informações fisiológicas relacionadas a doenças cardiovasculares em tempo real. No mecanismo piroelétrico, é apresentado um exemplo de um dispositivo respiratório auto-alimentado, onde o sensor foi proposto para coletar energia respiratória, detecção respiratória e detecção da temperatura ambiente. Por fim, no mecanismo piezoelétrico, o artigo cita um sensor implantável à base de óxido de zinco (ZnO) para coletar energia gerada pela respiração e batimentos cardíacos.

Atualmente, os nanogeradores apresentam um potencial considerável para fornecimento de energia em dispositivos biomédicos, além de promover a proliferação de células e entrega de drogas, além da estimulação elétrica direta.

O artigo conclui que os materiais para eletrificação e sensoriamento devem oferecer flexibilidade, durabilidade e biocompatibilidade. Além disso, os desempenhos dos nanogeradores podem ser adaptados regulando e acoplando os materiais triboelétricos, piezoelétricos e piroelétricos. Com isso, dando ênfase na importância dos materiais utilizados nos sensores, que são necessários para garantir a adaptação desses dispositivos às diversas formas e ambientes internos, ou seja, excelente biocompatibilidade.

Historicamente, a fabricação de papel existe há milênios. Embora o papel seja antigo, o material e o processo para processar ele nunca parou de evoluir. Muita coisa aconteceu ao longo dos anos, desde a utilização de prensas de madeira a máquinas industriais. Utilizando a experimentação e desenvolvimento nas pesquisas, chegaram-se a diferentes produtos de papel com uma ampla gama de aplicações. Com o avanço da tecnologia, as simulações estão se tornando uma abordagem realista. A simulação é mais atrativa, pois permite testar novas abordagens em máquinas de tamanho industrial cada vez mais avançadas, que são caras em termos de recursos, energia e tempo. 

A análise do papel é um desafio devido à sua heterogeneidade química. Essa complexidade surge da complexa estrutura fibrosa que o papel tem no nível microscópico. Essas fibras de papel individuais são conectadas através de travamento mecânico e das forças microscópicas, que formam o papel.

Mais recentemente, estudos apresentam técnicas como modelos contínuos para análise de papel cartão e modelos de elementos finitos, que têm sido usados para modelar embalagens de papelão. Os modelos contínuos são geralmente dependentes de parâmetros baseados na estrutura do papel, que são derivados experimentalmente ou analisando as estruturas de geometrias do papel simulado. Outra abordagem para os modelos contínuos é simular toda a microestrutura do papel modelando as fibras individuais.

O modelo de papel usado neste trabalho foi desenvolvido para ser simples e eficiente. Sendo modelos de rede linear e modelos de ligações como elementos de viga, que têm a mesma abordagem para simulações de força/resistência. O autor apresenta os vínculos que são modelados como múltiplos elementos de viga. Com isso, o trabalho do autor visou avaliar a utilidade de uma abordagem baseada em fibra simplificada e computacionalmente ampla.

O artigo mostrou que o modelo pôde produzir resultados representativos para resistência à flexão, rigidez à tração, e resistência à tração na máquina e na direção transversal usando o modelo de rede linear proposto. Os resultados experimentais validaram a precisão de modelos para uma variedade de folhas de baixa gramatura, onde a validação é reforçada pela comparação dos resultados simulados com as previsões usando modelos contínuos. 

Além disso, as simulações foram realizadas várias vezes pelo autor para diferentes modelos gerados para validar a estabilidade das abordagens. A natureza simplificada do modelo permite uma validação rápida de propriedades em macroescala em um computador comum. Esses recursos e tempos de simulação são acessíveis para um desenvolvedor de papel na indústria e pode atuar como uma ferramenta intermediária entre as empresas de fabricação de papel.

Por fim, o artigo de estudo propôs um modelo linear baseado em rede, que foi apresentado para simular o comportamento mecânico de diferentes tipos de papéis. O modelo em rede pode prever rigidez à tração, resistência à tração e resistência à flexão para a direção da máquina e transversal direção para os diferentes papéis de baixa gramatura. Além disso, os resultados apresentados pelos autores foram consistentes com a teoria apresentada ao longo do artigo, o que aumenta a chance de implementação em empresas papeleiras simplificando o processo, e diminuindo os problemas encontrados no início do texto como recursos de energia, tempo e dinheiro.

Ao longo dos últimos anos, o desempenho dos fotodetectores (PDs - Photodetectors) de nanofios de perovskita melhorou e agora é equivalente ou até superior ao dos fotodiodos de silício comerciais padrão.. É amplamente reconhecido pela comunidade científica que a baixa estabilidade a longo prazo desses PDs é o maior desafio que limita sua aplicação comercial. Embora a estabilidade a longo prazo dos nanofios de perovskita tenha melhorado usando estratégias difundidas pela comunidade, os resultados ainda são inadequados e longe de satisfazer os requisitos para aplicação comercial.

O artigo apresenta a pesquisa em um líquido iônico: tetrafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazólio (BMIMBF4). Sendo usado como um aditivo na fabricação de nanofios de triiodeto de chumbo de metilamônio (MAPbI3), o que resultou em PDs de nanofios com estabilidade e desempenho adequados a longo prazo. Neste caso, o nanofio não apresentou degradação de desempenho após ser exposto ao ar livre por mais de 5.000 horas.

Figura 1: (A) A estrutura química do líquido iônico BMIMBF 4. (B) Imagem MEV - microscópio eletrônico de varredura do nanofio de MAPbI3 com BMIMBF4. Fonte: (Wu et al. 2022).

O artigo cita que a alta estabilidade do dispositivo, tanto no início do procedimento de produção quanto durante o processo é extremamente crucial, além dos requisitos de desempenho aprimorados do dispositivo. Além disso, os parâmetros que controlam essa estabilidade ainda continuam em estudo pelo grupo.

Os autores afirmam que a aplicabilidade do PD de nanofios MAPbI3 ultra sensível e ultra estável fabricado com o aditivo BMIMBF4 é grande no campo da imagem de reflexão difusa. Uma fotografia comparativa do sistema de imagem difuso construído pelo grupo é mostrada a seguir.

O artigo mostrou que o dispositivo pode reter 100% do desempenho inicial após ser exposto a um ambiente ao ar livre por mais de 5.000 horas, sendo o fotodetector de nanofios de perovskita mais estável relatado até o momento. Além disso, o dispositivo flexível fabricado pelos autores, com o aditivo BMIMBF4, também apresentou desempenho e flexibilidade mecânica notáveis que são especificados no artigo.

Os autores concluem que esses resultados demonstraram que a introdução de aditivos líquidos iônicos em perovskitas é uma abordagem promissora para a preparação de PDs flexíveis, ultra estáveis e ultra sensíveis, que promovem consideravelmente as aplicações práticas e a comercialização de PDs de perovskita.