Pesquisadores da Universidade Tohoku desenvolveram um compósito que combina polímero reforçado com fibra de carbono e uma camada piezoelétrica e transforma vibrações em sinais elétricos capazes de revelar fissuras internas. O material produziu tensão de circuito aberto de até 13,6 volts em ensaios de laboratório sob vibração de flexão a 262 hertz. A equipe demonstrou, pela primeira vez, a quantificação do comprimento de rachaduras entre camadas a partir apenas do intervalo de transmissão de sinais de rádio sem fio.
O compósito laminado de CFRP e KNN-epóxi (niobato de potássio e sódio disperso em resina epóxi) funciona ao mesmo tempo como estrutura resistente e como gerador de energia. Fibras de carbono já são amplamente usadas em aviões, turbinas eólicas e veículos por oferecerem alta relação entre resistência e peso. A adição da camada piezoelétrica, livre de chumbo, permite converter deformação mecânica em eletricidade sem depender de baterias ou sensores externos colados depois.
Zhenjin Wang, professor assistente da Universidade Tohoku e autor correspondente do estudo, afirmou em tradução livre: “O CFRP é muito forte e leve. É usado em aviões, turbinas eólicas e outras grandes estruturas. No entanto, pode falhar de repente quando rachaduras crescem por dentro. Encontrar essas rachaduras cedo é difícil e muitas estruturas não podem usar facilmente baterias ou sensores com fios.”
Compósito gera 13,6 volts e alimenta LEDs e módulos IoT
Nos testes, o laminado sem fissura apresentou coeficiente piezoelétrico d33 de 7,8 pC/N e tensão máxima de 13,6 volts a 262 hertz. A energia colhida foi suficiente para acender LEDs e alimentar módulos de internet das coisas que transmitem dados sem fio. A equipe, que inclui Yuki Sueda e o professor Fumio Narita, da mesma universidade, além de colaboradores da empresa Nikkiso e do professor Yu Shi, da Universidade de Leeds, no Reino Unido, publicou os resultados em 9 de janeiro de 2026 no International Journal of Smart and Nano Materials.
Quando os pesquisadores introduziram rachaduras artificiais entre as camadas de CFRP e da camada piezoelétrica, tanto a tensão de saída quanto a frequência de ressonância diminuíram à medida que o comprimento da fissura aumentava. A ressonância caracteriza a resposta do sistema a determinadas frequências de vibração. A redução reflete a queda na transferência de tensão entre as camadas e a menor energia de deformação armazenada na camada piezoelétrica.
Intervalo de transmissão sem fio revela o tamanho da rachadura
O avanço mais destacado é a possibilidade de estimar o comprimento da fissura apenas pelo intervalo entre as transmissões de rádio do dispositivo IoT alimentado pelo próprio material. Quanto maior a rachadura, mais longo o intervalo entre os sinais. Os autores derivaram uma relação teórica entre o comprimento da fissura e o intervalo de transmissão e confirmaram a tendência quase linear observada nos experimentos. Em nota da universidade, Wang declarou em tradução livre: “Nosso material transforma vibração em informação. O crescimento da rachadura pode ser refletido no tempo dos sinais sem fio, o que permite monitoramento estrutural totalmente autônomo.”
O sistema elimina a necessidade de cabos, baterias adicionais e inspeções periódicas com ultrassom, que hoje demandam tempo e mão de obra em estruturas de grande porte. A universidade destaca que o material reduz custo, peso e manutenção em locais onde a energia é limitada. A pesquisa foi conduzida no contexto de projetos de materiais inteligentes e colheita de energia por vibração desenvolvidos no laboratório de Narita.
Aplicações em aeronaves e turbinas ainda exigem validação
Setores aeroespacial, automotivo e de construção civil são os principais alvos potenciais. Uma peça estrutural capaz de gerar parte da energia necessária ao próprio monitoramento poderia simplificar a instrumentação de asas de aviões, pás de turbinas eólicas e componentes de pontes. O comunicado oficial da Universidade Tohoku, divulgado em janeiro de 2026, ressalta que o trabalho representa um passo em direção a materiais “completamente autossuficientes” que reúnem geração de energia, autodiagnóstico e transmissão sem fio.
O material não se autorrepara. Ele fornece sinais elétricos e de transmissão que, sob condições controladas de medição, indicam a presença e o tamanho aproximado de delaminação ou fissuras interlaminar. Os ensaios usaram dano introduzido artificialmente e análises por elementos finitos. Ainda será necessário distinguir o efeito de uma fissura de outras alterações que modificam a vibração, como variações de temperatura, envelhecimento do material ou diferentes regimes de carga operacional.
Próximos passos incluem testes de durabilidade e estabilidade
A universidade informa que testes adicionais serão necessários para confirmar a durabilidade e a estabilidade do compósito antes de qualquer uso prático em larga escala. O trabalho fornece prova experimental de conceito: a rachadura altera a resposta mecânica, a vibração altera a eletricidade gerada e essa diferença pode ser convertida em informação útil sobre o estado da estrutura. A aplicação operacional dependerá de ensaios repetidos, comparação com métodos de inspeção já estabelecidos e comportamento confiável ao longo do tempo em condições reais de serviço.
O estudo foi publicado em 9 de janeiro de 2026. O comunicado em inglês da Universidade Tohoku saiu em 29 de janeiro do mesmo ano. Os resultados de laboratório não incluem instalação em aeronaves ou estruturas reais.
