Tem sido muito difícil projetar algo que projeta contra temperaturas extremas, e que ainda projeta contra projéteis que possam causar explosões, isso acontece por causa de uma propriedade fundamental dos materiais. Assim, grande parte dos coletes são compostos por várias camadas de materiais diferentes, levando a coletes pesados e volumosos, que se usados nos braços e pernas, limitariam severamente a mobilidade de um soldado.

Pesquisadores de Universidade de Harvard em colaboração com o Centro de Soldados do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos Estados Unidos da América (CCDC SC) e West Point, desenvolveram um material leve e multifuncional de nanofibras que pode proteger os soldados de temperaturas extremas e ameaças balísticas.

“Quando eu estava em combate no Afeganistão, vi como um colete poderia salvar vidas”, disse Kit Parker, professor de Bioengenharia e Física aplicada na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS). “Também vi o quanto coletes pesados poderiam limitar a mobilidade. Como soldados no campo de batalha, as três tarefas principais são mover, atirar e se comunicar. Se você limitar uma delas, diminui a capacidade de sobrevivência e coloca em risco o sucesso da missão."

"Nosso objetivo era projetar um material multifuncional que pudesse proteger alguém que trabalha em um ambiente extremo, como astronauta, bombeiro ou soldado, das diversas ameaças que enfrentam", disse Grant M. Gonzalez, que tem pós-doutorado no SEAS e foi o primeiro autor do artigo. Para atingir esse objetivo, os pesquisadores precisaram explorar a relação entre proteção mecânica e isolamento térmico, que são propriedades da estrutura e da orientação molecular de um material.

Materiais com forte proteção mecânica, como metais e cerâmicas, possuem uma estrutura molecular altamente ordenada e alinhada. Essa estrutura permite suportar e distribuir a energia de um golpe direto. Os materiais isolantes, por outro lado, têm uma estrutura menos ordenada, o que impede a transmissão de calor através do material.

Kevlar e Twaron são produtos comercialmente usados em equipamentos de proteção e podem fornecer proteção balística ou térmica, dependendo de como são fabricados. O tecido de Kevlar, por exemplo, possui uma estrutura cristalina altamente alinhada e é usado em coletes à prova de balas. Os aerogéis de Kevlar porosos, por outro lado, demonstraram ter alto isolamento térmico.

"Nossa idéia era usar o Kevlar para combinar a estrutura ordenada de fibras de tecidos com a porosidade dos aerogéis para criar fibras longas e contínuas com espaçamento poroso no meio", disse Gonzalez. "Nesse sistema, as fibras longas podem resistir a um impacto mecânico, enquanto os poros limitam a difusão de calor".

A equipe de pesquisa utilizou a técnica immersion Rotary Jet-Spinning (iRJS) para fabricar as fibras. Nesta técnica, uma solução de polímero líquido é carregada em um reservatório e empurrada por uma pequena abertura. Quando a solução de polímero dispara para fora do reservatório, ela primeiro passa por uma área ao ar livre, onde os polímeros se alongam e as cadeias poliméricas se alinham. Em seguida, a solução passa por um banho líquido que remove o solvente e precipita os polímeros para formar fibras sólidas. Ajustando a viscosidade da solução do polímero, os pesquisadores conseguiram transformar as nanofibras longas e alinhadas em folhas porosas, fornecendo ordem suficiente para proteger contra projéteis, mas desordem suficiente para proteger contra o calor.

Para testar as folhas, a equipe de Harvard procurou seus colaboradores para realizar testes balísticos. Foi simulado o impacto dos estilhaços disparando grandes projéteis na amostra. A equipe realizou testes prensando as folhas de nanofibras entre folhas de tecido de Twaron. Eles observaram pouca diferença na proteção entre uma pilha de folhas de tecido de Twaron e uma pilha combinada de tecido de Twaron e nanofibras.

"As colaborações acadêmicas, especialmente as de universidades como Harvard, oferecem ao CCDC SC a oportunidade de aproveitar a experiência e as instalações de ponta para aumentar nossas próprias capacidades de pesquisa e desenvolvimento", disse Kathleen Swana, pesquisadora do CCDC SC e uma das autoras do artigo.

Em testes de proteção térmica, os pesquisadores descobriram que as nanofibras forneciam 20 vezes a capacidade de isolamento térmico dos Twaron e Kevlar comerciais.

"Mostramos que é possível desenvolver têxteis altamente protetores para pessoas que trabalham nas forças armadas", disse Parker. "Nosso desafio agora é evoluir os avanços científicos em produtos inovadores para meus irmãos e irmãs das forças armadas".

O Departamento de Desenvolvimento Tecnológico de Harvard entrou com um pedido de patente para a tecnologia e está buscando ativamente oportunidades de comercialização.

A pesquisa está publicada na revista Matter.

Grande parte dos alimentos produzidos no mundo são perdidos. Desperdiçar comida levanta preocupações econômicas, éticas e preocupa também pelos impactos ambientais. O projeto YPACK vem criando embalagens ecologicamente corretas na forma de bandejas e películas protetoras para garantir que os alimentos possam ser mantidos frescos por mais tempo e para que não prejudique o meio ambiente. A embalagem sustentável YPACK é feita de subprodutos alimentares, como soro de queijo e cascas de amêndoa que, de outra forma, poderiam ser jogados fora.

A embalagem é feita a partir de um biopolímero sustentável, poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato), produzido a partir de soro de queijo e micro-celulose a partir de cascas de amêndoa. Foi descoberto que a integração do óxido de zinco e do óleo essencial de orégano ajuda a proteger contra a contaminação bacteriana nas embalagens de alimentos.

As embalagens de alimentos produzidas por esse biopolímero pode se degradar em 90 dias. Essas novas descobertas indicam o potencial das embalagens biopoliméricas para aumentar a vida útil de produtos frescos, como carne, frutas e massas frescas. O coordenador do projeto, Dr. José María Lagarón, comenta: "Vemos um futuro muito brilhante para materiais de embalagem reciclados, contanto que a embalagem seja funcional. Isso significa que ele pode substituir material não ecológico existente. O principal aspecto é que a embalagem, no final da vida útil, pode ser descartado com o restante dos resíduos orgânicos".

A pesquisa aponta para as propriedades antimicrobianas dos compostos de óxido de zinco e óleo de orégano que protegem contra duas bactérias que podem causar intoxicação alimentar, Staphylococcus aureus e Escherichia coli.

De acordo com o coordenador do projeto, foi estudada embalagens para frutas cortadas e carne crua, e embalagens que podem ser abertas e fechadas várias vezes, como sacos de pão e pacotes de fatias de presunto. Os parceiros da YPACK observam "que a melhoria da vida útil em 20% e 50% tem o potencial de reduzir o desperdício de alimentos de 12,5% a 30%, respectivamente".

O projeto YPACK (Embalagem à base de polihidroxialcanoatos de alto desempenho para minimizar o desperdício de alimentos) terminará em outubro de 2020. Um comunicado no site do projeto afirma que os testes de validade de produtos alimentares nas embalagens YPACK “estão planejados para carne, pepinos para bebês e massas frescas".