Uma ilustração de uma membrana 2D submetida à radiação de calor e a conseqüente mudança no campo elétrico em sua espessura. Crédito:Darbaniyan et al. /Matéria
A conversão de calor em eletricidade é uma propriedade considerada reservada apenas para materiais rígidos como os cristais. Contudo, pesquisadores - inspirados na visão infravermelha (IR) de cobras - desenvolveram um modelo matemático para converter soft, estruturas orgânicas nos chamados materiais "piroelétricos". O estudo, aparecendo em 21 de outubro no jornal Matéria , prova que a matéria mole e flexível pode ser transformada em um material piroelétrico e potencialmente resolve um antigo mistério que envolve o mecanismo de visão infravermelha em cobras.
Quando um material pode converter calor em um impulso elétrico, ele é chamado de "piroelétrico, "uma propriedade normalmente encontrada apenas em hard, substâncias inflexíveis. O mistério é como as cobras de detecção de infravermelho podem alcançar essa conversão de calor em eletricidade, apesar de terem uma anatomia naturalmente suave.
"As pessoas pensaram que poderíamos explicar a detecção de cobras por infravermelho se houvesse um problema, material piroelétrico em seu órgão de fossas, mas ninguém nunca encontrou um, "diz Pradeep Sharma, o M.D. Anderson Professor e Presidente de Engenharia Mecânica da University of Houston. "Então, nos perguntamos se, assim como estamos tentando tornar esses materiais macios piroelétricos, talvez a natureza esteja fazendo a mesma coisa. "
Pit víboras e outras cobras, como os alienígenas da série Predator, são bem conhecidos por seu sensor de calor. Na verdade, a visão infravermelha das víboras é tão agudamente sensível que "se um animal aparecer na escuridão total, mesmo por meio segundo a 40 centímetros de distância, a víbora será capaz de detectá-lo, "Diz Sharma.
Essa habilidade é alcançada por uma estrutura chamada órgão de fossas - uma câmara oca próxima às narinas da cobra contendo um fino membrana flexível. "O órgão da fossa desempenha um papel importante no processamento de calor em um sinal que eles podem detectar, "diz Sharma." No entanto, a parte que faltava na equação era como as células neuronais dentro da membrana do órgão fosco convertem uma assinatura de calor em eletricidade para criar esse sinal. "
Uma víbora com uma imagem esquemática de uma imagem infravermelha de uma presa formada em seu cérebro. Crédito:Darbaniyan et al. /Matéria
Usando a fisiologia da membrana do órgão da fosseta como inspiração, Sharma e sua equipe conseguiram construir um modelo matemático para explicar como essa conversão de calor em eletricidade poderia ser possível em um material orgânico macio. "Nossa solução é aparentemente simples, "diz Sharma." Além de elementos de design mais avançados, para fazer um material piroelétrico macio, tudo que você precisa é incorporar estática, cargas estáveis no material e certifique-se de que não vazem. Em seguida, você deve certificar-se de que o material é macio o suficiente para que seja capaz de grandes deformações em forma e tamanho e tenha sensibilidade à temperatura. Se você fizer isso, eles vão atuar como piroelétricos, e isso é o que pudemos provar em nosso modelo. E acreditamos que é exatamente isso que a natureza está usando, porque esse processo é simples e robusto. "
O órgão de uma cascavel. Crédito:Darbaniyan et al. /Matéria
Experimentos de laboratório usando materiais macios já começaram a autenticar o modelo, embora mais pesquisas sejam necessárias para confirmar se esse mecanismo proposto está ocorrendo nas células dos neurônios da membrana do órgão da cobra. Trabalhos anteriores implicaram que os canais da proteína TRPA1 localizados dentro das células neuronais da membrana desempenham um papel importante; Contudo, a relação desses canais com o mecanismo proposto no artigo ainda é desconhecida.
"Usando este modelo, Posso criar com segurança um material macio artificial com propriedades piroelétricas - disso não há dúvida. E estamos bastante confiantes de que descobrimos pelo menos parte da solução de como essas cobras são capazes de ver no escuro, diz Sharma. "Agora que desenvolvemos o modelo, outros cientistas podem se apresentar e começar a fazer os experimentos para confirmar ou negar se nossa teoria sobre a detecção de infravermelho por cobra está correta. "
Próximo, Sharma deseja continuar sua pesquisa em matéria mole, explorando como manipulá-los para gerar eletricidade apenas a partir de um campo magnético. Com pesquisas suficientes, Sharma espera inspirar o desenvolvimento do pyro, piezo, e materiais macios magnetoelétricos, expandindo as possibilidades de como geramos eletricidade.
