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.