Portugal - Investigadores desenvolvem método inovador para tornar modelos de Inteligência Artificial mais explicáveis e confiáveis na indústria

O avanço acelerado das soluções baseadas em Inteligência Artificial (IA) tem levantado um dos maiores desafios atuais: a confiança humana nos modelos de alto desempenho, sobretudo pela dificuldade em compreender como tomam as suas decisões. Esta questão é particularmente crítica em ambientes industriais, onde é imperativo que os sistemas sejam não só exatos, mas também transparentes e explicáveis para garantir a segurança e eficácia das operações.

Uma equipa de investigadores da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) propôs uma metodologia inovadora que permite extrair conhecimento interpretável a partir de modelos complexos de IA, tornando-os acessíveis aos operadores industriais. A abordagem baseia-se na utilização de sistemas de lógica difusa (fuzzy systems), para representar as dinâmicas dos processos industriais de forma simples, mas eficaz.

«Este método foi desenvolvido com base numa arquitetura do tipo "professor-aluno" (knowledge distillation), onde um modelo complexo (NFN-LSTM), que combina redes neuronais do tipo Long Short-Term Memory com lógica difusa, serve de referência para treinar um modelo mais simples e interpretável (NFN-MOD). Este último recorre a funções com entradas atrasadas para simular a memória temporal do processo, aliando desempenho à compreensibilidade», explica Jorge S. S. Júnior, aluno de doutoramento do Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores (DEEC) da FCTUC.

De acordo com a equipa de investigadores, esta investigação demonstrou a eficácia da metodologia em dois casos de estudo com dados reais: uma unidade de recuperação de enxofre e um processo de moagem na indústria cimenteira. Em ambos, o modelo NFN-MOD conseguiu replicar o comportamento do modelo professor com elevada precisão, ao mesmo tempo que oferecia explicações claras sobre os fatores que influenciam eventos críticos, como picos de emissões de gases nocivos ou variações na concentração de resíduos.

«Além disso, o modelo introduz uma nova forma de análise contextual, permitindo aos operadores compreender melhor os diferentes cenários industriais e apoiar a tomada de decisões. O método promete, assim, aumentar significativamente a confiança nos sistemas de IA e otimizar o controlo de processos em ambientes industriais exigentes», conclui a equipa de investigadores.

Este trabalho foi desenvolvido no âmbito da tese de doutoramento de Jorge S. S. Júnior, sob orientação de Jérôme Mendes, investigador do Centro de Engenharia Mecânica, Materiais e Processos (CEMMPRE), e coorientação de Cristiano Premebida, investigador do Instituto de Sistemas e Robótica (ISR), em colaboração com Francisco Souza (imec-NL, OnePlanet Research Center, Países Baixos).

O artigo “Distilling Complex Knowledge Into Explainable T–S Fuzzy Systems”, publicado na revista IEEE Transactions on Fuzzy Systems, pode ser consultado aqui. Esta publicação foi destacada na IEEE Computational Intelligence Society (CIS) Newsletter como "Research Frontier". Universidade de Coimbra - Portugal  

Portugal - Biossensores desenvolvidos pela Universidade de Coimbra representam mais um passo para deteção precoce de Parkinson

A doença de Parkinson, uma condição neurodegenerativa que afeta milhões de pessoas em todo o mundo e que se instala ao longo de vários anos, é habitualmente diagnosticada com base em sintomas cardinais, como tremores e rigidez de movimento. No entanto, esses sinais indicam um estado mais avançado da doença, que torna o diagnóstico precoce uma necessidade urgente.

O projeto OLIGOFIT - Oligomer-Focused Screening and Individualized Therapeutics to target Neurodegenerative Disorders, através da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC), tem contribuído especificamente para desenvolver estratégias de deteção da doença que se relacionam com marcadores proteicos conhecidos e a sua agregação.

A doença de Parkinson é uma das várias condições classificadas como sinucleinopatias, que estão intimamente ligadas à presença da proteína alfa-sinucleína. Esta proteína é responsável pela formação de depósitos anormais conhecidos como corpos de Lewy, que interferem com o funcionamento do cérebro. «Este projeto centra-se na capacidade dessa proteína adotar diferentes formas de acordo com a sua agregação, que impactam na evolução da doença», começa por explicar Goreti Sales, professora do Departamento de Engenharia Química (DEQ) e investigadora do Centro de Engenharia Mecânica, Materiais e Processos (CEMMPRE).

Durante a investigação, continua a cientista, «o projeto permitiu analisar monómeros, oligómeros e estruturas fibrilares da proteína, investigando a sua relevância para a doença e estudando meios capazes de capturar os agregados indesejados. No DEQ, desenvolvemos biossensores capazes de diferenciar as estruturas de alfa-sinucleína, uma vez que existe uma relação entre as manifestações clínicas e as estruturas agregadas de proteína», revela.

Além disso, indica ainda a docente do DEQ, «estes biossensores poderão, no futuro, ajudar a monitorizar a evolução da doença. Vamos imaginar que um médico prescreve ao doente um medicamento que retarda a sintomatologia, os biossensores devem poder avaliar o efeito dessa medicação na formação desses agregados, antes até da pessoa sentir o impacto da mesma», conclui.

Esta investigação integrou uma equipa multidisciplinar e representa mais um passo na compreensão da doença de Parkinson e na procura de tratamentos individualizados, contribuindo para uma abordagem mais eficaz no combate a esta condição devastadora.

O projeto OLIGOFIT, liderado pela Universidade de Oxford, contou ainda com a participação de investigadores das universidades de Aarhus (Dinamarca), Coimbra (Portugal), Göttingen (Alemanha) e Warsaw (Polónia), bem como do Latvian Biomedical Research and Study Centre (Letónia). Universidade de Coimbra - Portugal

Portugal - Universidade de Coimbra instala sistema piloto para recuperação de metais na mina da Panasqueira

Um grupo de investigadores da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) instalou um sistema piloto na mina de tungsténio da Panasqueira para recuperação de metais críticos a partir de resíduos da atividade mineira, usando metodologias com base em microrganismos.

Esta instalação é um dos resultados do projeto “REVIVING - Revisiting mine tailings to innovate metals recovery”, focado na valorização dos rejeitados mineiros como recursos, no fornecimento de metais que hoje são extraídos através de outros processos, na promoção da reciclagem, na minimização da produção de resíduos perigosos e, assim, na contribuição para a adoção de uma economia circular na Europa.

«Neste sistema piloto estamos a implementar as estratégias desenvolvidas em laboratório, com o objetivo de comparar e perceber, em termos de quantificação, qual a técnica mais funcional para a recuperação dos resíduos», explica Paula Morais, docente do Departamento de Ciências da Vida (DCV) e investigadora do Centro de Engenharia Mecânica Materiais e Processos (CEMMPRE). 

«Consideramos que os resíduos da mina da Panasqueira têm um valor económico que pode ser relevante, principalmente, numa época em que a Europa pretende voltar a ser autossuficiente em termos de metais. Além disso, está em linha com o Raw Material Act da Comissão Europeia, que pretende garantir o acesso a um fornecimento seguro e sustentável de matérias primas provenientes de fontes europeias», afirma Rita Branco, também docente do DCV e investigadora do CEMMPRE.

«O grupo de microbiologia focou-se nos processos de biolixiviação não ácida, utilizando microrganismos produtores de moléculas orgânicas. Desta forma, conseguimos retirar uma quantidade de metal relevante. Os resultados que temos em laboratório são promissores», consideram as docentes.

Neste novo sistema piloto, as microbiologistas, em colaboração com o Departamento de Engenharia Civil (DEC) da FCTUC, vão obter o máximo de informações possível sobre o processo, ajudando a desenvolver o novo processo de extração, sem incorrer em custos ou problemas de uma possível falha na aplicação.

«Este é um bioprocesso limpo, económico e inovador para recuperação de metais a partir de resíduos, que devolverá estes remanescentes ao ciclo produtivo, apoiando a transição da União Europeia para uma economia circular», concluem.

O projeto REVIVING tem como parceiros investigadores e empresas ligadas ao setor mineiro de França, Roménia e Portugal. Universidade de Coimbra - Portugal

Portugal – Universidade de Coimbra estuda aspetos fundamentais para melhorar eficiência energética de equipamentos industriais

O Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) tem vindo a estudar, no âmbito do Mestrado Conjunto Europeu em Tribologia de Superfícies e Interfaces (TRIBOS+), Tribologia, a ciência que estuda os fenómenos de desgaste, atrito e lubrificação entre dois corpos e o seu comportamento em movimento relativo, aspetos fundamentais para a manutenção e melhoria de sistemas mecânicos, contribuindo para a eficiência energética e a durabilidade dos equipamentos.

O TRIBOS+ é um programa europeu de 2º ciclo, criado em 2015 e financiado pela União Europeia. «O objetivo principal deste projeto foi o de fornecer aos estudantes conhecimentos avançados sobre Tribologia, necessários para que a próxima geração de engenheiros possa enfrentar problemas interdisciplinares relacionados com Tribologia, através de um programa de mestrado conjunto interdisciplinar e complementar sobre superfícies tribológicas, interfaces, lubrificantes, lubrificação, mecanismos de desgaste e fricção (numa escala nano e macro), computação e simulação», explica Bruno Trindade, docente do DEM/FCTUC e investigador do Centro de Engenharia Mecânica, Materiais e Processos (CEMMPRE).

Nas nove edições deste mestrado estiveram inscritos 120 estudantes de 15 países de 4 continentes diferentes. «Muitos destes alunos decidiram prosseguir para doutoramento e os restantes enveredaram pela indústria, algumas delas parceiras deste programa. Foi possível formar mestres altamente qualificados em Tribologia, que contribuem atualmente para o estabelecimento de novas soluções tribológicas de melhor desempenho, resultando numa diminuição do consumo de energia, através da redução do atrito entre componentes», conta.

O TRIBOS+ resultou de um consórcio formado por quatro universidades europeias com elevada formação e conhecimento nesta área científica, nomeadamente Universidade de Coimbra (Portugal), Universidade de Leeds (Reino Unido), Universidade de Ljubljana, (Eslovénia), e Universidade de Tecnologia de Luleå (Suécia).

«O envolvimento destas universidades neste programa permitiu a integração de toda a gama de subáreas da Tribologia necessárias para soluções de engenharia em diversos domínios, tais como as indústrias de transportes e energia, contribuindo positivamente para aspetos ambientais e socioeconómicos da sociedade», conclui.

Na Universidade de Coimbra, participaram neste programa professores e investigadores do CEMMPRE que lecionaram disciplinas do 2º ano do mestrado e supervisionaram os trabalhos de investigação dos estudantes no âmbito das suas teses de mestrado.

O TRIBOS+ teve um financiamento total nos 9 anos de 20 milhões de euros por parte da União Europeia. Universidade de Coimbra - Portugal

Portugal - Cientistas desenvolvem novo sistema de separação de lamas com produtos floculantes de origem biológica

Um grupo de investigadores da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) desenvolveu um novo sistema de remoção de lamas que utiliza bio floculantes de menor impacto ambiental

O projeto DUST + visava desenvolver compósitos à base de pó de pedra proveniente das lamas residuais que resultam do processamento da pedra calcária incorporando ligantes hidráulicos ou poliméricos.

«Desenvolvemos um processo de tratamento de água no qual substituímos a acrilamida por um polímero biológico, garantindo uma maior eficiência de remoção de partículas e uma menor toxicidade e impacto ambiental, comparativamente aos produtos floculantes utilizados atualmente», explica Paula Morais, docente do Departamento Ciências da Vida (DCV) e responsável pelo grupo de Microbiologia.

De acordo com a também investigadora do Centro de Engenharia Mecânica, Materiais e Processos (CEMMPRE), este bio polímero não é tóxico para a água, nem para o resíduo, um fator muito importante, uma vez que este é reutilizado para produzir outros materiais, no âmbito do projeto. «Este sistema foi testado em escala piloto e demostrámos que o polímero resultava perfeitamente neste processo, estando até já patenteado», revela. 

Deste projeto resultaram, além do floculante biológico, materiais compósitos/pastas com base na incorporação de pó resultante das lamas do processamento da pedra calcária e criação de produtos inovadores, nomeadamente, peças em pedra natural, utilizando os materiais compósitos/pastas desenvolvidos, tendo como base a tecnologia a impressão 3D.  Foi ainda possível demonstrar que existe um elevado índice de circularidade dos novos produtos por via da incorporação de resíduos das lamas de pó de pedra calcária.

«Neste momento, estamos a avaliar a relevância financeira de produção para substituir a acrilamida pelo bio polímero e acreditamos que pode ser muito interessante colocarmos este novo sistema no mercado, uma vez que pode abrir portas para tratar diferentes tipos de tratamento de águas. Se é relevante para flocular partículas vindas do corte de pedra, é relevante para flocular outro tipo de materiais», considera Paula Morais.

Para garantir o sucesso do projeto, foi definido um consórcio multidisciplinar com valências complementares nas áreas chave de inovação composto pela Universidade de Coimbra, SOLANCIS - Sociedade Exploradora de Pedreiras SA, CeNTI - Centro de Nanotecnologia e Materiais Técnicos, Funcionais e Inteligentes e Itecons – Instituto de Investigação e Desenvolvimento Tecnológico para a Construção, Energia, Ambiente e Sustentabilidade. Universidade de Coimbra - Portugal

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Portugal - Universidade de Coimbra promove reflexão sobre moldes e tecnologias aditivas na Marinha Grande

Por iniciativa do Centro de Engenharia Mecânica, Materiais e Processos (CEMMPRE) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) vai decorrer, já esta sexta-feira, 22 de setembro, pelas 14h30, o evento “Reflexão sobre moldes e tecnologias aditivas: desafios e limites”, no Centro Empresarial da Marinha Grande.

Este evento que conta com a colaboração das empresas GLN, ITJ e Ramada Aços, bem como dos centros para o Desenvolvimento Rápido e Sustentado de Produto (CDRsp) e Tecnológico da Indústria de Moldes, Ferramentas Especiais e Plásticos (CENTIMFE), serão discutidos temas como “Tecnologias aditivas na indústria dos moldes hoje”, “Materiais”, “Geometrias impossíveis”, “Defeitos”, “Equipamento” e “Custos”. No final, haverá espaço para um debate.

Esta reflexão resulta de duas motivações cruciais associadas à importância que as tecnologias aditivas têm vindo a assumir na indústria metalomecânica, em particular no fabrico de moldes para plásticos. O material e a geometria deixaram de ter os limites impostos pelo mercado e pelos processos de fabrico convencionais. Contudo, há ainda delimitações que impedem uma indústria tão versátil como a dos moldes de usar os processos aditivos no seu dia-a-dia.

Nesse sentido, a reflexão e o debate sobre os processos aditivos e a indústria dos moldes é essencial para se atingir a qualidade exigida para os produtos plásticos resultantes da injeção e manter o prestígio do setor que é estratégico para o desenvolvimento da economia portuguesa, reforçando o seu carácter exportador. Universidade de Coimbra - Portugal

Portugal – Cientistas da Universidade de Coimbra estudam processo inovador para recuperação de materiais valiosos da indústria eletrónica

Um grupo de investigadores da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) está a estudar um novo processo para a recuperação de materiais ligados à indústria dos eletrónicos. Esta investigação decorre no âmbito da Agenda Microeletrónica do Plano de Recuperação e Resiliência (PRR), financiada com 30 milhões de euros. 

Atualmente, o lixo eletrónico é um dos resíduos sólidos com uma elevada taxa de acumulação, chegando a quase 10 milhões de toneladas por ano na União Europeia, sendo que apenas cerca de 15 a 20% desses resíduos são reciclados. Em 2021, a produção estimada de Resíduos de Equipamentos Elétricos e Eletrónicos (EEEW) foi de 55,2 milhões de toneladas em todo o mundo.

Tendo em vista a resolução desta problemática, a equipa de investigadores da FCTUC está a desenvolver uma investigação ligada à tarefa “E-Waste Recycling to Foster a Circular and Sustainable Economy”, que pretende contribuir para a criação e definição de processos industriais relacionados com a economia circular e a reciclagem de produtos do setor da Microeletrónica.  Este projeto tem como foco principal a recuperação e tratamento de dispositivos eletrónicos, para que as matérias-primas possam ser novamente incorporadas na cadeia de valor.

«A ideia é encontrar um processo combinado, químico e biológico, para a recuperação de metais críticos e de alto valor a partir de resíduos elétricos e eletrónicos de computador», explica Paula Morais, docente da FCTUC e investigadora no Laboratório de Microbiologia do Centro de Engenharia Mecânica, Materiais e Processos (CEMMPRE).

«Para a criação deste processo, a metodologia aplicada terá por base um estudo de diagnóstico inicial para identificar e mapear o ecossistema português do setor da Microeletrónica e, posteriormente, o foco da investigação na FCTUC serão os processos microbiológicos e químicos de reciclagem de metais preciosos», revela a investigadora.

Assim, «serão desenvolvidos processos de bio-lixiviação, a partir de resíduos gerados por parceiros industriais no projeto, bem como de bioacumulação seletiva de metais após tratamento químico dos resíduos. O sistema de recuperação de metais por ser misto (químico-biológico) é extremamente inovador», assegura o grupo de Microbiologia. «Entre os materiais que se pretendem recuperar destacam-se os metais valiosos como ouro, platina e prata, e os metais críticos índio e gálio, a partir de computadores e equipamentos de telecomunicações em fim de vida», conclui.

Este projeto teve início em janeiro de 2023 e, neste momento, o consórcio, que envolve 17 entidades, encontra-se ainda a trabalhar na clarificação dos fluxos de resíduos e na caracterização dos materiais que serão utilizados para criar este novo processo, bem como a definir a estratégia integrada entre os parceiros da FCTUC para fazer esta recuperação de metais.

Para além do CEMMPRE, estão envolvidos nesta Agenda José António Paixão, do Centro de Física da Universidade de Coimbra (CFisUC), e também Licínio Ferreira, do Centro de Investigação em Engenharia dos Processos Químicos e dos Produtos da Floresta (CIEPQPF). Universidade de Coimbra - Portugal

Portugal - Equipa da Universidade de Coimbra desenvolve projeto que contribui para autorreparação de materiais metálicos

Com o intuito de diminuir os danos ocorridos por fadiga em materiais metálicos e evitar o colapso do sistema em que estão inseridos, uma equipa de investigadores do Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) desenvolveu, ao longo dos últimos quatro anos, um projeto que visa contribuir para a autorreparação de materiais metálicos.

O projeto “CrackFree - Para materiais metálicos autorreparáveis”, liderado por Ana Sofia Ramos, investigadora do Centro de Engenharia Mecânica, Materiais e Processos (CEMMPRE), centrou-se na elaboração de um sistema de autorreparação em materiais metálicos para aplicação em áreas como aeroespacial, aeronáutica ou biomédica.

«A autorreparação em metais é complexa, tornando a sua investigação um desafio. Por isso, foi explorada uma nova abordagem para detetar (micro)fissuras em materiais metálicos - sensor e, posteriormente, induzir a sua reparação (autorreparação) – atuador, abordando diferentes técnicas para a produção de cada componente», revela a investigadora, acrescentando que este sistema é composto por um material matriz, nomeadamente liga aeronáutica de alumínio ou aço inoxidável austenítico, um sensor e um atuador.

«Neste projeto, por forma a incorporar sensores e atuadores, a matriz metálica é produzida pelo processo aditivo de extrusão de material (MEX, na sigla inglesa), um processo desenvolvido desde a otimização de feedstocks e produção de filamentos até à peça final. O sensor tem como elemento principal ligas com memória de forma capazes de detetar a presença de fissuras. Por sua vez, o atuador tem como destaque multicamadas reativas (MRs) depositadas por pulverização catódica (sputtering), que são capazes de reagir de forma autopropagável libertando calor, de modo a fundir um material reparador com vista a impedir a propagação de fissuras e promovendo, assim, a “cicatrização” dos componentes mecânicos», explica a também professora do DEM.

Assim, a liga aeronáutica de alumínio e o aço inoxidável austenítico foram usados para produzir provetes do material matriz utilizando a técnica MEX, de forma a permitir a introdução do sensor sob a forma de fio. «O primeiro desafio consistiu na deteção de fissuras utilizando fios de ligas com memória de forma, nomeadamente fios de NiTi - Sensor. A transformação martensítica do NiTi induzida por tensão e a diferente resistência elétrica da austenite, (fase mãe), e da martensite, são o cerne do sensor de fissuras», descreve a equipa do projeto.

Paralelamente, outro dos objetivos do projeto CrackFree «consistiu na deposição de nanocamadas alternadas de metais que reagem exotermicamente entre si (MRs), sobre a superfície de fios de tungsténio – Atuador. Na etapa de reparação, recorreu-se ao caráter exotérmico das MRs. Após a deteção, o fecho da fissura é promovido pela fusão de um material reparador por efeito do calor libertado. O material fundido ao fluir pode preencher a fissura ou pelo menos impedir a sua propagação. Para avaliar a estratégia de autorreparação proposta, foi estudada a propagação de fissuras em materiais metálicos com sensores incorporados, tanto numérica como experimentalmente», refere Ana Sofia Ramos.

De acordo com a equipa da FCTUC, o uso deste sistema pode ser aplicado, por exemplo, em satélites, uma vez que a manutenção é extremamente difícil e realizada de forma remota, bem como em amortecedores de carros, componentes que sofrem maior colapso ao longo do tempo.

«O nosso estudo é o começo de uma longa caminhada com desafios reais a serem ultrapassados. Os mecanismos e princípios básicos da autorreparação em metais ainda são desconhecidos e os nossos resultados são claramente considerados uma mais-valia», conclui a equipa do projeto, constituída por oito investigadores do CEMMPRE.  O projeto CrackFree recebeu um financiamento na ordem dos 214 mil euros por parte da Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT). Universidade de Coimbra - Portugal

Portugal - Cientistas da Universidade de Coimbra usam bactérias como fábricas de matéria-prima para impressão 4D

Uma equipa multidisciplinar de cientistas da Universidade de Coimbra (UC) desenvolveu materiais para tornar a impressão 4D (quatro dimensões) sustentável e ecológica, baseada em celulose produzida por bactérias. O projeto abre portas a um sem número de aplicações, desde a medicina até aos transportes e setor têxtil.

A impressão 4D surge a partir da impressão 3D, acrescentando a dimensão tempo, permitindo imprimir objetos tridimensionais inteligentes, ou seja, objetos que, com o tempo e mediante estímulos externos, como a temperatura, luz ou pH, entre outros, mudam de forma.

Da impressão 3D à 4D: poderá a celulose bacteriana fazer a ponte? Esta foi a questão de partida para o desenvolvimento do projeto, liderado por Ana Paula Piedade, investigadora e docente da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC). Financiado, no valor de 250 mil euros, pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) e por fundos europeus (COMPETE 2020), o projeto conta com a colaboração do Instituto Politécnico da Leiria (IPL).

Para poder responder à questão, a equipa decidiu utilizar as bactérias como “ferramentas vivas” na produção de celulose, um polímero natural altamente versátil. À semelhança do que acontece em qualquer empresa, o processo de recrutamento e seleção é uma etapa fundamental. Assim, a equipa de Microbiologia Ambiental da UC que integra o projeto começou por identificar um conjunto de bactérias e selecionar as que demonstraram ter mais capacidade para a função. Para tal, recorreu à Coleção de Culturas de Bactérias da Universidade de Coimbra (UCCCB).

«Através da análise genómica, o grupo de microbiologia identificou as bactérias que possuem genes para a produção de celulose. Foi então escolhido um conjunto de bactérias, que foram posteriormente caracterizadas e testadas, tendo sido selecionadas duas estirpes», explica Ana Paula Piedade.

Concluído este processo, a “fábrica” de bactérias iniciou a laboração até se obter a celulose necessária para produzir um material que possibilitasse a impressão 4D. «As celuloses obtidas foram misturadas com polímeros dissimilares (com propriedades diferentes de cada uma das celuloses) e, a partir daí, produzimos os biocompósitos e desenvolvemos os filamentos adequados à impressão 4D», descreve a investigadora do CEMMPRE – Centre for Mechanical Engineering, Materials and Processes – da FCTUC.

Contado assim, parece que foi um processo simples, mas não. A equipa teve de efetuar diversos estudos e enfrentar muitos desafios complexos. O maior deles, relata Ana Paula Piedade, foi, e continua a ser, conseguir a «reversibilidade do material, ou seja, garantir que o mesmo material que assume diferentes formas mediante os estímulos externos é capaz de, por si mesmo, voltar ao formato original.  A tecnologia 4D permite que o material se transforme e regresse depois à forma inicial».

Superados os vários obstáculos e desafios, foram impressos com sucesso diferentes tipos de objetos, abrindo portas a uma vasta gama de aplicações. Por exemplo, produzir «dispositivos que possam atuar em locais onde não há eletricidade, dispositivos capazes de mudar de forma consoante a solicitação mecânica que têm, roupas inteligentes para atletas de alta competição, que regulam a transpiração em função da temperatura ambiente, dispositivos biomédicos, enfim, há um “mundo de possibilidades”», aponta a líder do projeto.

A tecnologia agora desenvolvida é sustentável e de baixo custo, porque as bactérias apenas necessitam de “comida” (que pode ser, por exemplo, resíduos alimentares) para produzirem celulose, e amiga do ambiente: «97% do material usado fica na própria peça que é impressa, ou seja, o resíduo produzido é mínimo e, mesmo assim, esse resíduo pode ser usado para a produção de mais filamentos», sublinha ainda Ana Paula Piedade.

Além disso, quer o material compósito quer a celulose são completamente biodegradáveis e biocompostáveis. Outra grande vantagem de usar as bactérias é o facto de elas produzirem celulose pura, ao contrário, por exemplo, da celulose obtida das árvores, que exige vários tratamentos de purificação.

A cientista da FCTUC esclarece ainda que estas bactérias usadas para o fabrico de celulose não são patogénicas. «Pelo contrário, são fortes aliadas para tornar possível a impressão 4D. Não podemos esquecer que as bactérias resultam de milhões de anos de evolução, elas aprendem e adaptam-se».

A fase seguinte da investigação vai centrar-se no desenho de estruturas para aplicações específicas, designadamente na conceção de dispositivos que possam tirar vantagem deste efeito 4D. «Vamos explorar diferentes abordagens para a fabricação de dispositivos 4D, pois é necessário pensar muito bem como é que vamos imprimir, definir a geometria do que se vai imprimir e otimizar processos que garantam o efeito de 4D», conclui. Universidade de Coimbra - Portugal