Armadura Liquida

Introdução

O principio básico por trás das armaduras corporais não mudou muito nos últimos séculos. Primeiro, a armadura impede que armas e projéteis atinjam o corpo da pessoa. Em segundo lugar, ela espalha a energia da arma, fazendo com que o impacto final cause menor dano. Embora não seja usual em toda e qualquer situação, a armadura pode ajudar a proteger contra ferimentos graves ou morte, especialmente contra armas pesadas.

Com o passar dos anos, as pessoas tiveram que desenvolver armaduras mais fortes para proteção contra armas cada vez mais sofisticadas. Todavia, apesar desses avanços, as armaduras corporais modernas ainda possuem alguns conceitos presentes em armaduras antigas. Quer seja feita de placas de metal ou camadas de tecido, a armadura é quase sempre grande e pesada. Vários tipos são rígidos, por isso não são práticos para serem usadas em braços, pernas e no pescoço. Por esta razão, as armaduras medievais, que eram de placas de metal, possuíam buracos e juntas para que as pessoas pudessem se mover, e as armaduras usadas nos dias de hoje protegem, normalmente, apenas a cabeça e o tronco.

Armadur­as antigas possuem muita coisa em comum com as armaduras modernas. Ambas fornecem proteção contra armas, mas são pesadas, grandes e não são flexíveis. Veja mais fotos de armaduras (em inglês).

Um dos mais novos tipos de armadura é tanto flexível, quanto leve. De forma impressionante, este aprimoramento surgiu da mistura de um líquido com materiais já usados em armaduras. Enquanto não está totalmente pronto para o uso em combate, os pesquisadores de laboratório afirmam que as armaduras líquidas possuem potencial para ser um bom substituto ou complemento para as armaduras maiores. Eventualmente, soldados, oficiais de polícia e outras pessoas poderão usá-la para proteger suas pernas e braços.

Os dois principais modelos de armadura líquida, ainda em desenvolvimento, usam o Kevlar DuPont Kevlar como base, normalmente usado em coletes à prova de balas. Quando uma bala ou um estilhaço atinge a vestimenta de Kevlar, as camadas do material amortecem o impacto para uma área de superfície maior. A bala também atinge as fibras de Kevlar, gastando energia e diminuindo a velocidade do processo. O conceito é semelhante ao que acontece quando o airbag de um carro absorve o impacto e diminui o movimento do tronco de uma pessoa durante uma colisão.

Embora o Kevlar seja um tecido, a armadura de Kevlar não se move ou dobra da mesma forma que as roupas normais fazem. São necessárias 20 a 40 camadas de Kevlar para parar uma bala, e esta quantidade de camadas é relativamente dura. Também é pesada - uma roupa feita de Kevlar pesa sozinha mais de 4,5Kg, mesmo sem os reforços de cerâmica para proteção adicional.

No entanto, existem dois fluídos diferentes que podem permitir que a armadura use menos camadas de Kevlar, fazendo com que fique mais leve e mais flexível. Os dois fluidos possuem uma coisa em comum - eles reagem fortemente em resposta a estímulos. A seguir, veremos do que são feitos estes líquidos e porque eles reagem dessa maneira.

Fluido de espessamento em armaduras líquidas

O termo "armadura líquida" pode ser meio equivocado. Para algumas pessoas, ele dá a idéia de um fluido se movendo dentro de um sanduíche de duas camadas de material sólido. No entanto, os dois tipos de armadura líquida em desenvolvimento trabalham sem uma camada líquida visível. Em vez disso, eles usam Kevlar, que foi deixado de molho em um dos dois fluidos.

O primeiro é um fluido de espessamento (STF), que se comporta como um material sólido quando há estresse mecânico ou um corte. Em outras palavras, ele se comporta como um líquido até que um objeto o atinge ou o deixa agitado. Então, ele endurece em questão de milésimos de segundo. Este é o conceito oposto de um fluido de afinamento, como uma tinta, que se torna mais fina quanto agitada ou mexida.

Você pode ver como o fluido de espessamento se parece se examinar uma mistura usando partes iguais de água e amido de milho. Se você misturar lentamente, as substâncias irão se mover como um líquido. Mas se você se mexer rapidamente, a superfície irá se solidificar rapidamente. Você consegue até moldar uma bola, mas quando para de aplicar pressão, a bola se desfaz.

Veja aqui como funciona este processo. O fluido é um colóide, feito de minúsculas partículas suspensas em um líquido. As partículas se repelem uma das outras lentamente, por isso elas ficam suspensas com facilidade no líquido sem se empedrarem ou se acumularem no fundo. Usando a energia de um impacto rápido aumenta as forças de repulsão entre as partículas - elas se unem, formando massas chamadas de hidro-grupo. Quando a energia do impacto se dissipa, as partículas começam a se repelir novamente. Os hidro-grupos se desfazem e a substância aparentemente sólida se reverte para um líquido.

Antes do impacto, as partículas no fluido de espessamento estão em um estado de equilíbrio. Após o impacto, elas se juntam, formando estruturas sólidas.

O fluido usado nas armaduras corporais é feito de partículas de sílica suspensas em polietilenoglicol. A sílica é um dos componentes da areia e do quartzo e o polietilenoglicol é um polímero utilizado normalmente em laxantes e lubrificantes. As partículas de sílica possuem apenas alguns nanômetros de diâmetro, por isso vários relatórios descrevem este fluido como uma forma de nanotecnologia.

Para fazer uma armadura utilizando fluido de espessamento, os pesquisadores primeiro precisam diluir o fluido em etanol. Eles saturam o Kevlar com o fluido diluído e o colocam em um forno para que o etanol evapore. O STF então penetra no Kevlar, e as fibras do Kevlar seguram as partículas absorvidas do fluido no lugar. Quando um objeto atinge ou perfura o Kevlar, o fluido endurece imediatamente, deixando o Kevlar mais resistente. O processo de endurecimento acontece em questão de milésimos de segundo, e a armadura volta a ficar flexível logo depois.

Em testes de laboratório, o Kevlar tratado com STF é tão flexível quanto o Kevlar comum. A diferença é que ele é mais resistente, por isso as armaduras usando STF precisam de poucas camadas deste material. Quatro camadas de Kevlar tratado com STF podem dissipar a mesma quantidade de energia do que 14 camadas de Kevlar comum. Além disso, as fibras tratadas com STF não desgastam no impacto como as fibras comuns, significando que as balas não penetram tanto na armadura ou na pele da pessoa que estiver usando. Os pesquisadores acreditam que isso ocorre devido ao fato de ser necessário mais energia para que a bala penetre as fibras tratadas com STF.

Foto cedida por Exército dos E.U.A. /Fotógrafo Sgt.Lorie Jewell Kevlar tratado após o impacto de uma bala

Pesquisas sobre armaduras corporais com base em fluido STF estão sendo feitas no Laboratório do exército dos E.U.A. e na Universidade de Delaware. Por outro lado, pesquisadores do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) estão examinando um outro fluido para ser usado em armaduras corporais. Veremos um pouco de sua pesquisa a seguir.

A lâmina lenta penetra o escudo

Armaduras corporais a base de fluido STF possuem equivalentes no mundo da ficção científica. No universo de "Duna" de Frank Herbert, um dispositivo chamado de gerador Holtzman pode produzir um campo protetor. Apenas objetos que se movem lentamente podem penetrar este campo. De forma similar, objetos que se movem lentamente irão penetrar pelo fluido de espessamento sem que ele endureça. Em testes com facas em baixa velocidade, ou quasiestático, a faca pode penetrar tanto o Kevlar comum quanto o tratado com fluido STF. Entretanto, o Kevlar tratado com fluído STF causa menos estrago, possivelmente pelo fluído fazer com que as fibras fiquem unidas.

Fluido magnetoreológico em armaduras líquidas

Outro fluido que pode reforçar a armadura de Kevlar é o fluido magnetoreólogico (MR). Fluidos MR são óleos que são cheios de partículas de ferro. Freqüentemente, os surfactantes circundam as partículas para protegê-las e mantê-las suspensas no fluido. As partículas de ferro normalmente correspondem de 20% a 40% do volume do fluido.

As partículas são muito pequenas, medindo de 3 a 10 mícrons. Entretanto, elas possuem um poder efetivo na consistência do fluido. Quando expostas a um campo magnético, as partículas se alinham, deixando o fluido imediatamente mais espesso. O termo "magnetoreológico" vem deste efeito. Reologia é uma parte da mecânica que tem como foco a relação entre a força e a maneira com que os materiais mudam de forma. A força do magnetismo pode mudar tanto a forma como a viscosidade dos fluidos MR.

Quando exposto a um campo magnético, as partículas presentes no fluido magnetoreológico se alinham ao longo das linhas do campo.

O processo de endurecimento permanece, em média, cerca de vinte milésimos de segundo. O efeito pode variar dramaticamente dependendo da composição do fluido e do tamanho, forma e força do campo magnético. Por exemplo, os pesquisadores do MIT começaram com partículas de ferro esféricas, que podem escorregar entre elas, mesmo na presença do campo magnético. Isso limita o tanto de endurecimento da armadura, por isso os pesquisadores estão estudando outras formas de partículas que podem ser mais efetivas.

Como com o STF, você pode ver como se parecem os fluidos MR usando itens comuns. Preenchimentos de ferro misturados com óleo para criar uma boa apresentação. Quando não há presença de um campo magnético, o fluido se move facilmente. Mas a influência de um imã pode fazer com que o fluido fique mais espesso ou assuma uma forma diferente do que está aqui neste recipiente. Algumas vezes, a diferença é grande, visualmente falando, com o fluido formando picos distintos, depressões e outras formas. Artistas já fizeram uso de imã e fluidos MR ou ferro-fluidos similares para criar obras de arte.

Com a combinação certa de densidade, forma da partícula e força do campo magnético, o fluido MR pode mudar de líquido para um material sólido muito grosso. A utilização do fluido de espessamento pode aumentar dramaticamente a resistência de uma parte da armadura. O truque é ativar a mudança de estado físico dos fluidos. Devido a imãs grandes serem muito pesados e impossíveis de serem levados de um lado para o outro, os pesquisadores propuseram criar pequenos circuitos por toda armadura.

Fluido magnetoreológico antes e depois da exposição a um campo magnético

Sem corrente passando pelos fios, a armadura permanecerá macia e flexível. Mas ao apertar de um botão, os elétrons irão começar a se mover pelos circuitos, criando um campo magnético durante este processo. Este campo irá fazer com que a armadura fique dura e resistente imediatamente. Apertar novamente o botão para a posição desligado irá interromper a corrente, e a armadura voltará a ser flexível.

Outros usos para o fluido MROs fluidos MR possuem inúmeras aplicações além de fortalecer uma armadura. Sua característica de mudar de estado líquido para semi-sólido quase que instantaneamente o torna útil para amortecer impactos e vibrações de itens como: carros que absorvem choque máquinas de lavar roupas membros protéticos (em inglês)­ pontes Por mudar de forma e depois voltar ao normal, ele também pode ser usado para criar monitores em Braile com rolagem de tela ou moldes reconfiguráveis.

Além de tornar a armadura mais forte, mais leve e mais flexível os tecidos tratados com fluidos de espessamento e os fluidos magnetoreológicos também podem ter outros usos. Esses materiais podem, por exemplo, criar um cobertor anti-bombas que é fácil de ser dobrado e carregado e ainda assim proteger pedestres dos estilhaços produzidos na explosão. Botas para salto tratadas podem ficar mais duras no impacto ou proteger as botas dos pára-quedistas quando ativadas. O uniforme de guardas das prisões poderiam fazer uso mais abrangente da tecnologia das armaduras líquidas, especialmente devido ao fato de que as armas comumente encontradas nestes locais são objetos pontudos e lâminas feitas a mão.

Entretanto, as tecnologias possuem seus pontos positivos e negativos. Estas são algumas deles:

Nenhuma dessas armaduras estão prontas para serem usadas no campo de batalha. A armadura de Kevlar tratada com STF poderá estar disponível no final de 2007. O fluido MR deve precisar de mais 5 a 10 anos de pesquisa e desenvolvimento antes de poder realmente ser à prova de balas.