Wilson Kindlein Júnior’s research while affiliated with Federal University of Rio Grande do Sul and other places

Uma das possibilidades de questionar e refletir sobre o contexto sociocultural e temporal em que vivemos é pensar, a partir do que nos é familiar, naquilo que nos soa estranho. E então, perceber o que nos remete ao "estranhamente-familiar", que não é nem o próprio "sujeito" e tão pouco o próprio "objeto", ele só acontece na relação de um para com o outro. Um "objeto" por si só pode ser "familiar" e "não familiar" ao mesmo tempo, pois depende da emoção, sentimento, narrativa e ficção que pode estabelecer no binômio sujeito-objeto. Partindo dessa premissa, esse artigo analisa projetos que usam a estratégia do "estranho-familiar" e discorre sobre as implicações desta seara no campo das engenharias, das artes e do design. O presente trabalho demonstra que o "estranhamento" pode ser obtido por diferentes vias, seja alterando a forma esperada para um objeto, o material do qual é feito, e, inclusive, as texturas aplicadas em suas interfaces. Sendo assim, o presente estudo deixa evidente que o conhecimento dos materiais e dos processos de fabricação é fundamental para que, tanto o engenheiro, quanto o designer e, também o artista, possam materializar uma ideia, seja ela esperada (familiar) ou inesperada (estranhamente familiar). Para concluir, podemos afirmar que é na conjunção das ciências, tecnologias, engenharias, artes e matemática (STEAM) que acontece a “mágica” que pode surpreender o interveniente/expectador.

O STEAM é uma das principais práticas da atualidade no que diz respeito a uma abordagem transdisciplinar envolvendo diferentes campos do conhecimento. Com as novas perspectivas de avaliação da graduação e da avaliação multidimensional da pós-graduação em Design no Brasil, surgem desafios na formação do estudante no que tange sua integração com diferentes locais de fala e sua participação em ambientes de pesquisa. Neste trabalho, refletimos sobre a importância da prática do STEAM em pesquisas em Design, através de casos de aplicação de tecnologias 3D de investigação, representação e fabricação. Apresentamos um exemplo prático da ligação entre as áreas por meio do desenvolvimento de um objeto de uso cotidiano com um software generativo e impressão 3D, referenciado no binômio arte-tecnologia, advindos do diagrama matemático de Voronoi que se faz presente em muitos elementos naturais. Por fim, é mostrado o papel do STEAM na integração de áreas e frente aos novos critérios da avaliação multidimensional, bem como a importância dos ambientes de pesquisas capazes de abarcar essas tecnologias, fornecendo, assim, ao aluno um estímulo e o ambiente necessário à sua formação de excelência.

Elementos da natureza apresentam grande quantidade de composições, texturas e interações morfológicas, que podem ser analisadas dentro de uma lógica geométrica. Neste sentido, no presente artigo foram estudadas formas bioinspiradas visando a aplicações em revestimento de fachadas de edificações. Inicialmente foi realizada uma fundamentação sobre geometrias da natureza, texturas e gramática da forma. Foram analisados exemplos de frutos que possuem função de invólucro de proteção. As amostras foram fotografadas em diferentes escalas, digitalizadas tridimensionalmente e tomografadas, sendo representadas, também, através de ilustrações. Após esta etapa, foram definidos parâmetros geométricos da sua estrutura e realizados estudos de parametrizações bidimensional e tridimensional, utilizando softwares generativos que possibilitam variações compositivas tanto formais quanto cinéticas. Como conclusão é possível afirmar que este método de investigação que leva em conta diferentes áreas de conhecimento (biologia, design, engenharia, matemática, arquitetura), apresenta-se como ferramenta atual e relevante permitindo ao projetista explorar novas configurações aplicadas a superfícies, apoiando-se em conhecimentos advindos desta relação multidisciplinar. Palavras-chave: biônica; fachadas de edifícios; gramática da forma; STEAM; design e tecnologia; texturas e superfícies.

Os materiais celulares possuem propriedades interessantes para aplicação no design. Dentre os mais conhecidos destacam-se a cortiça e alternativas poliméricas sintéticos bioinspirados no material natural. Contudo, pouco tem sido estudado em termos da relação entre a microestrutura e propriedades para aplicações no design de produto. Esta pesquisa apresenta a caracterização e comparação de materiais celulares através de um estudo de caso de rolhas, com foco na seleção de materiais, e relacionando a densidade relativa e porosidade das amostras com as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), termogravimetria (TGA) e ensaios de compressão. As análises foram realizadas em amostras de rolhas confeccionadas fora do Brasil em cortiça natural e aglomerada, e de alternativas sintéticas de polipropileno expandido e EVA. As imagens via MEV apresentam a replicação do padrão celular da cortiça nas alternativas sintéticas. Os ensaios de compressão foram relacionados e discutidos quanto às propriedades mecânicas e à característica celular dos materiais. Foi, também, discutido como a microestrutura dos materiais celulares, sejam naturais ou sintéticos, reflete diretamente nas suas propriedades termomecânicas, bem como considerações na seleção de materiais para projetos de design. Foi possível concluir, ainda, que a análise por TGA mostrou a cortiça natural como um material mais homogêneo em comparação com a aglomerada, já as amostras sintéticas apresentaram-se mais resistentes à degradação térmica.

Bamboo is a natural composite and one of the most efficient structures in nature because of the relationship of mechanical properties with its microstructural features. This research presents the 3D characterization of the reinforcement bundles of a branching nodal region of bamboo, through high-resolution X-ray microtomography (lCT). lCT was used to characterize a sample regarding the volume, relative density, and porosity of parenchyma and sclerenchyma tissues, and the resulting data were used to estimate their constitutive properties. A nonlinear finite element analysis (FEA) was performed based on a discretized model of the lCT to the limiting compressive load. Secondary bundles presented an interweaved arrangement into the primary vascular elements that distribute axial compressive stresses into new branches. Our findings suggest that the foam-like behavior of the parenchyma, the sclerenchyma thickening above the nodal zone, and the nodal vascular branching are ways for bamboo to protect important tissues from mechanical stress by allocating axial loads. In addition, such mechanism could be applied in the design of biomimetic structures with selective load-bearing capabilities.

Materials properties charts are proposed to compare available materials for small fishing craft artisanal boatbuilding. Mechanical flexural performance parameters were selected for the boats’ seakeeping and service life. Price, CO2 footprint, and embodied energy were the parameters used for economic and environmental sustainability evaluation. Combined parameters showed a competitive performance for wood. Results indicate that adopting laminate composite construction as a substitute for wood in the fishing craft fleet can be less sustainable from both economical and environmental perspectives. Efforts could be more effective if directed to increase existing artisanal boatyards’ sustainability through enhancing wood durability, optimizing its scantlings, adopting alternative native wood, reforested wood or wood cored sandwich composites.

Natural materials have several properties of great interest for design and engineering applications, as well as for projects based on the study of bionics. These properties derive from their microstructure, which is composed of a complex morphological arrangement. This chapter discusses the possibilities of combining two advanced techniques for the study of these materials: Finite Element Analysis (FEA) and X-ray Microtomography (μCT). The techniques are exemplified by performing a 3D simulation of a mechanical test on the parenchymatic microstructure of bamboo. The combination of techniques results in a high-resolution, noninvasive, and three-dimensional analysis with a high morphological accuracy, leading to a potential for a better understanding of the microstructural functionality of natural materials.

Small-sized plastic debris are an increasing global concern, particularly in environmental protected areas. Consequently, tourism-based economy of poor coastal regions is also impaired. Nevertheless, little interest has been shown about recycling approaches of such materials, mostly because of the natural degradation of polymers on these conditions. This research presents the report of the occurrence of plastic debris nearby Lençóis Maranhenses National Park, on the northeast Brazilian coast, aiming to provide a feasible method for recycling. We collected more than 80 samples from the sediment and classified them via FT-IR. Degraded polypropylene samples were selected for blending with virgin material using different concentration rates, and were mechanically tested. Tensile testing results suggest that 5% recycled material concentration mixture has suitable mechanical properties on the elastic regime for applications on new parts. Our findings show that particular interest should be addressed on the recovery of commodity plastic debris from environmental protected areas.

O design voltado para o patrimônio, atuando em conjunto com a digitalização tridimensional, abre um novo campo para a preservação de bens culturais. Nesse contexto, elaborou-se um projeto com finalidades histórico-pedagógicas para escanear em 3D quatro elementos de fachada de prédios históricos da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, utilizando a técnica de luz estruturada. Após uma análise prévia do local dos elementos, realizou-se um breve levantamento histórico sobre cada um. Como resultado, após o tratamento dos dados adquiridos, foi possível comparar os modelos reais com os modelos digitalizados em 3D. Também foram disponibilizados os dados técnicos das digitalizações de cada elemento. Por fim, foi elaborado um fluxograma com as tomadas de decisões realizadas durante o projeto, e os modelos virtuais tiveram seu tamanho reduzido para então serem disponibilizados para visualização on-line.

This research aims to characterise a recycled polymeric multi-material, explore potential areas of application for it and analyse the eventual impacts of the introduction of this new recycled material (NRM) on end-of-life activities. Thus, this research presents a practical study regarding recycled polymeric multi-material from toothbrushes. A preliminary characterisation (via density determination, tensile test and dynamic mechanical thermal analysis – DMTA) and data analysis using the Cambridge Engineering Selector (CES-Edupack 2013) software have been done. The study also presents an analysis of the impacts of introducing the NRM into end-of-life activities. Results shows that, based on the properties considered in this study, NRM may have potential for new applications. The impact on recycling networks indicates that it is a positive solution that would improve process variable efficiencies, maintaining material value as long as possible in industrial closed-loop life cycles. However, an in loco analysis of the treatment of waste containing the NRM is necessary.