Os materiais têm desempenhado papel fundamental na evolução da humanidade. A habilidade de manipular e utilizar diferentes substâncias é a base sobre a qual sociedades e culturas são moldadas. Materiais são literalmente o alicerce da tecnologia. Sua importância é tão intrínseca à história que permite traçar a evolução da humanidade por meio de materiais, como as idades da Pedra e do Bronze, a revolução industrial com ferro e concreto, o plástico no século 20 e a era da informação com o silício de microchips e fibras ópticas. 

Esta edição de FCW Cultura Científica tem como tema “Materiais Avançados”, o que é uma certa redundância, uma vez que todos os materiais são ou foram avançados, dependendo de quando surgiram ou de como são empregados. Um exemplo é o vidro, material usado há milhares de anos e que continua surpreendendo – há 30 anos, quem poderia imaginar que telas sensíveis ao toque se tornaram imprescindíveis? 

Alguns dos mais renomados cientistas do Brasil e especialistas em materiais falam nesta edição sobre compostos fundamentais para a construção do futuro, como semicondutores, materiais bidimensionais, vidros cerâmicos e compostos quânticos, que começam a definir o próximo capítulo da jornada tecnológica. São materiais que terão grande impacto na eletrônica, medicina, energia, exploração espacial e virtualmente em todas as áreas do conhecimento, abrindo possibilidades até então inimagináveis. 

Materiais avançados dão origem a produtos, soluções e processos de alto valor tecnológico, econômico, social e ambiental, melhorando o desempenho e a durabilidade, agregando valor ou introduzindo novas funcionalidades em produtos e processos tradicionais. 

De características inovadoras e eventualmente disruptivas, os materiais avançados impactam diretamente os mais diversos setores, como saúde, energia, segurança, transporte, mobilidade e meio ambiente. Além disso, pela agregação de valor, redução de custos e massificação de soluções tecnológicas, podem contribuir significativamente para a superação de problemas sociais. Também desempenham papel fundamental na busca por soluções mais sustentáveis, contribuindo para a fabricação de dispositivos mais duráveis e eficientes em termos energéticos. 

Esses materiais representam não apenas uma fronteira científica fundamental, mas também uma fonte inesgotável de oportunidades para inovação e crescimento. Investir em pesquisa e desenvolvimento de materiais cria um ambiente propício para a inovação, resultando em produtos e tecnologias que podem revolucionar os mais variados setores industriais. 

Como lembra o professor Adalberto Fazzio, investir na pesquisa de materiais avançados é estratégia imperativa para qualquer país que aspire ao progresso econômico, social e tecnológico. Países que lideram a pesquisa de materiais avançados garantem uma vantagem competitiva significativa no cenário global. Empresas inovadoras e centros de pesquisa atraem investimentos estrangeiros e talentos, impulsionando a economia do país e estimulando o crescimento industrial.

Materiais avançados também desempenham um papel fundamental na solução de desafios globais, como as mudanças climáticas. Eles possibilitam o desenvolvimento de tecnologias de energia renovável e armazenamento de energia eficiente, reduzindo a pegada de carbono e promovendo práticas mais sustentáveis.

Novos materiais são necessários para enfrentar o desafio do desenvolvimento sustentável, seja na produção de baterias menos poluentes ou da expansão do uso da energia solar, ou da viabilização da computação com baixo consumo de energia ou de compostos que causem menos impacto ao ambiente do que os plásticos derivados de petróleo ou substâncias químicas altamente tóxicas. Desde dispositivos médicos inovadores até tecnologias de filtragem de água e materiais de construção sustentáveis, os materiais avançados são essenciais para abordar desafios sociais e melhorar as condições de vida das pessoas.

O desenvolvimento de materiais avançados requer colaboração interdisciplinar entre cientistas, engenheiros, matemáticos e especialistas em várias áreas. Esse tipo de colaboração não só impulsiona a pesquisa nesse campo, mas também fomenta uma cultura de aprendizado e inovação que é benéfica para toda a sociedade.

O investimento em pesquisa e desenvolvimento de materiais avançados cria empregos altamente qualificados em setores de ponta. Além disso, estimula o ecossistema de inovação, incentivando a criação de startups e pequenas empresas, que são frequentemente os motores do crescimento econômico.

Inteligência artificial

Novas tecnologias computacionais, como ciência de dados e inteligência artificial estão transformando radicalmente a pesquisa em materiais. A capacidade de analisar vastos conjuntos de dados, identificar padrões complexos e prever comportamentos materiais é uma vantagem significativa proporcionada por essas tecnologias inovadoras. 

A inteligência artificial permite simulações detalhadas e precisas, ajudando cientistas a entender melhor as propriedades dos materiais em nível atômico e molecular. Com algoritmos sofisticados, os pesquisadores aceleraram o processo de descoberta, identificando materiais com características desejadas, como maior resistência, condutividade elétrica superior ou maior durabilidade.

Essas tecnologias também possibilitam a otimização de processos de fabricação. Por meio do aprendizado de máquina, os sistemas podem ser ajustados em tempo real para maximizar a qualidade e a eficiência, reduzindo desperdícios e custos. No campo dos materiais avançados, a inteligência artificial e as novas tecnologias de computação aceleram significativamente a inovação e impulsionam a pesquisa para além dos limites do que até então era considerado possível.

Sustentabilidade e racionalidade

O baquelite, primeiro plástico feito de componentes sintéticos, foi criado por Leo Baekeland em 1907. Apenas um século depois, o mundo produz mais de 430 milhões de toneladas de plásticos por ano, dois terços dos quais são descartados como resíduos após um único uso. Onze milhões de toneladas métricas de plástico chegam aos oceanos todos os anos, onde se somam às 200 milhões de toneladas métricas que já fluem nos ambientes marinhos, de acordo com dados do Ocean Conservatory.

Plásticos são problemáticos também em seu processo de produção. Os produtos petroquímicos serão responsáveis ​​por mais de um terço do crescimento da procura mundial de petróleo até 2030, e por quase metade do crescimento até 2050, segundo a Agência Internacional de Energia. A procura de plásticos – o principal motor da petroquímica do ponto de vista energético – ultrapassou todos os outros materiais a granel (como aço, alumínio ou cimento), quase duplicando desde 2000.

O plástico não tem substituto hoje e não terá por um bom tempo. Há muitos tipos de bioplásticos sendo desenvolvidos, mas que dificilmente resolverão o problema, como explica Vânia Zuin Zeidler, professora da Universidade Leuphana, na Alemanha. Enquanto estava na UFSCar, Zeidler coordenou um estudo que estimou em 1,38 milhão de toneladas a quantidade de brinquedos de plástico que o Brasil produzirá entre 2018 e 2030. Quando se fala em poluição, costuma-se lembrar de garrafas e sacos de supermercado, mas 90% dos brinquedos produzidos no mundo são feitos de algum tipo de plástico, muitos dos quais são descartados pouco tempo após serem abertos, como os brinquedos que vêm como brindes em alimentos. 

Mais do que encontrar novos materiais ou novos usos de materiais ou substâncias existentes, Zeidler destaca que possíveis soluções passam pela educação, informação e mudança de atitudes. “Temos que pensar melhor em como usar o plástico, em quais atividades e aplicações ele é realmente necessário. Precisamos pensar na sustentabilidade desde o início do processo de produção”, disse.