Os pesquisadores da Northwestern University desenvolveram uma família de materiais macios que imita as criaturas vivas.
Quando atingido pela luz, os materiais finos como filme ganham vida - dobrando, girando e até rastejando em superfícies.
Chamado de "matéria macia robótica pela equipe da Northwestern, "os materiais se movem sem hardware complexo, hidráulica ou eletricidade. Os pesquisadores acreditam que os materiais realistas podem realizar muitas tarefas, com aplicações potenciais em energia, remediação ambiental e medicina avançada.
"Vivemos em uma era em que dispositivos cada vez mais inteligentes são desenvolvidos constantemente para nos ajudar a gerenciar nossas vidas cotidianas, "disse Samuel I. Stupp da Northwestern, que liderou os estudos experimentais. "A próxima fronteira está no desenvolvimento de uma nova ciência que trará materiais inertes à vida para nosso benefício - projetando-os para adquirir capacidades de criaturas vivas."
A pesquisa será publicada no dia 22 de junho na revista. Materiais da Natureza .
Stupp é Professor de Ciência e Engenharia de Materiais do Conselho de Curadores, Química, Medicina e Engenharia Biomédica da Northwestern e diretor do Simpson Querrey Institute. Ele tem compromissos na McCormick School of Engineering, Weinberg College of Arts and Sciences e Feinberg School of Medicine. George Schatz, o professor de química Charles E. e Emma H. Morrison em Weinberg, conduziram simulações de computador dos comportamentos naturais dos materiais. Pós-doutorado Chuang Li e estudante de graduação Aysenur Iscen, dos laboratórios Stupp e Schatz, respectivamente, são co-autores do artigo.
Embora o material em movimento pareça milagroso, ciência sofisticada está em jogo. Sua estrutura compreende conjuntos de peptídeos em nanoescala que drenam as moléculas de água do material. Um especialista em química de materiais, Stupp ligou as matrizes de peptídeos a redes de polímeros projetadas para serem quimicamente responsivas à luz azul.
Quando a luz atinge o material, a rede muda quimicamente de hidrofílica (atrai água) para hidrofóbica (resiste à água). À medida que o material expele a água através de seus "tubos de peptídeo, "ele se contrai e ganha vida. Quando a luz é desligada, a água entra novamente no material, que se expande à medida que reverte para uma estrutura hidrofílica.
Isso é uma reminiscência da contração reversível dos músculos, que inspirou Stupp e sua equipe a projetar os novos materiais.
"Dos sistemas biológicos, aprendemos que a magia dos músculos é baseada na conexão entre conjuntos de pequenas proteínas e polímeros de proteínas gigantes que se expandem e se contraem, "Stupp disse." Os músculos fazem isso usando um combustível químico em vez de luz para gerar energia mecânica.
Para material bioinspirado da Northwestern, a luz localizada pode desencadear o movimento direcional. Em outras palavras, a dobra pode ocorrer em diferentes direções, dependendo de onde a luz está localizada. E mudar a direção da luz também pode forçar o objeto a girar enquanto rasteja sobre uma superfície.
Stupp e sua equipe acreditam que existem inúmeras aplicações possíveis para esta nova família de materiais. Com a capacidade de ser projetado em diferentes formas, os materiais podem desempenhar um papel em uma variedade de tarefas, variando de limpeza ambiental a cirurgia cerebral.
"Esses materiais podem aumentar a função de robôs leves necessários para pegar objetos frágeis e, em seguida, liberá-los em um local preciso, "disse ele." Na medicina, por exemplo, materiais macios com características 'vivas' podem se dobrar ou mudar de forma para recuperar coágulos sanguíneos no cérebro após um derrame. Eles também podem nadar para limpar os suprimentos de água e água do mar ou até mesmo realizar tarefas de cura para reparar defeitos nas baterias, membranas e reatores químicos. "
