p Dispositivos mecatrônicos modernos, de maquinário industrial a robôs, viram um aumento drástico na complexidade e complexidade. Com funcionalidades sofisticadas sendo desbloqueadas a cada dia que passa, houve um aumento inevitável no número de componentes de que os dispositivos precisam. E embora esses avanços sejam inegavelmente impressionantes, o volume absoluto e o grande número de componentes são um grande obstáculo para a "miniaturização" e a relação custo-benefício desses dispositivos. p Mas e se, em vez de usar vários componentes volumosos, encontramos uma maneira mais inteligente de construí-los? Isso é o que os cientistas, incluindo o Prof Shingo Maeda, Dr. Zebing Mao (Laboratório de Materiais Inteligentes, Shibaura Institute of Technology) e Dr. Vito Caccuciolo (Soft Transducers Laboratory, Instituto de Microengenharia, École Polytechnique Fédérale de Lausanne), trabalhei, em um estudo recente publicado em Relatórios Científicos . Os cientistas exploraram a possibilidade de vários componentes de um dispositivo eletromecânico, como a fonte de alimentação, atuadores, e sistema de controle - sendo reduzido a uma única peça de hidrogel. Ao fazer isso, eles conseguiram criar uma bomba microfluídica auto-atuada acionada apenas por uma reação química oscilatória, que produziu com sucesso 'óleo pressurizado' (representando trabalho mecânico). Prof Maeda, quem liderou o estudo, diz, "Nós propomos um novo método para realizar uma função de bombeamento simples usando um hidrogel auto-oscilante de um único componente e uma membrana."

p Em seu estudo, os cientistas se concentraram em um tipo único de reação química oscilatória que pertence à classe de reações Belousov-Zhabotinsky (BZ). Convencionalmente, uma reação química envolve um reagente que dá origem a um produto para atingir um estado de equilíbrio. Mas, Reações BZ, que envolvem bromo e um agente oxidante, produzir um sistema que nunca atinge o equilíbrio químico; em vez de, ele vai e volta entre vários estados. Anteriormente, pesquisadores observaram que os hidrogéis e outros polímeros que abrigam uma reação BZ (denominados géis BZ) eram capazes de movimento autônomo porque a reação causava mudanças estruturais leves e periódicas, mostrando assim um grande potencial em aplicações mecatrônicas. Mas, seu uso prático tem sido desafiador até agora. Prof Maeda explica, "Os géis BZ relatados anteriormente mostraram um deslocamento muito pequeno e foram testados apenas enquanto submersos em banhos químicos, o que claramente limita suas aplicações potenciais. "

p Neste novo estudo, os cientistas superaram esse obstáculo usando uma nova abordagem, o que é muito mais promissor graças a uma implementação inovadora. Prof Maeda explica sua metodologia, "Primeiro, nós produzimos géis BZ e os pré-esticamos, o que aumenta o trabalho mecânico que pode ser extraído a cada ciclo de BZ. Então, todo o gel e sua solução química circundante são completamente encapsulados. Finalmente, o trabalho mecânico produzido pelo inchaço e contração do gel é transferido para um óleo externo por meio da deformação de uma membrana extensível. "O resultado disso é uma bomba de acionamento automático acionada exclusivamente pela reação oscilante que pode mover fluidos para frente e para trás como um "coração" artificial para máquinas e produzir trabalho mecânico na forma de óleo pressurizado. Os cientistas testaram a abordagem virtualmente e experimentalmente, mostrando que o conceito proposto tem potencial.

p Este estudo lança luz sobre os mecanismos físicos fundamentais dos géis BZ e indica uma maneira de melhorar seu desempenho mecânico. É um passo importante para preencher a lacuna tecnológica que existe para converter energia química oscilante em energia mecânica para alimentar dispositivos úteis. Alguns exemplos notáveis ​​de aplicações viáveis ​​de longo prazo de bombas feitas com géis BZ estão no campo da microfluídica, incluindo sistemas de entrega de drogas, Microarrays de DNA para pesquisa biomédica, e muitas outras ferramentas biotecnológicas e nanotecnológicas. A bomba de acionamento automático proposta pelos cientistas poderia atuar como uma fonte de energia de componente único em sistemas microfluídicos, simplificando assim seu design, reduzindo seus custos, e ampliando sua aplicabilidade.

p A equipe de pesquisa está otimista quanto a levar seu trabalho para o próximo nível no futuro, que envolverá a otimização de seu projeto por meio de métodos químicos e mecânicos. Esta será a chave para trazer uma mudança de paradigma no projeto de dispositivos eletromecânicos, assumindo uma direção mais bioinspirada. A respeito disso, Prof Maeda conclui, "As bombas auto-atuantes são um presságio para quebrar a parede de complexidade enfrentada por certos sistemas robóticos com um número crescente de funções, permitindo o desenvolvimento de máquinas multifuncionais verdadeiramente inteligentes. "