p Uma árvore cresce forte depois de anos gerando sua própria comida. Agora imagine se os produtos pudessem ser fortalecidos com os mesmos materiais vivos que fornecem nutrientes para fortalecer as árvores. Este é o trabalho do Professor de Engenharia Civil e Ambiental da Escola de Engenharia USC Viterbi Qiming Wang, cujo laboratório de pesquisa é um dos primeiros a infundir tinta de impressora 3-D com material vivo. O material tem potencial para maior resistência, para ser flexível e autocurável. O trabalho está documentado em artigo publicado em Os procedimentos da Academia Nacional de Ciências . p A ideia dessa tinta bioinspirada veio de árvores que aproveitam o poder da fotossíntese para produzir glicose que se transforma em celulose e fortalece a estrutura celular da planta. "Quando as árvores são jovens, "diz Wang, "eles são flexíveis, quando eles estiverem maduros, eles são rígidos. "

p “A ideia da pesquisa também é inspirada em Popeye the Sailor, o personagem animado que pode fortalecer seus músculos comendo espinafre, "diz Wang, cuja pesquisa é focada na fabricação e na mecânica bioinspirada de materiais e estruturas sem precedentes que podem potencialmente abordar os desafios de engenharia em infraestrutura, energia, robótica, saúde e meio ambiente.

p "Agora, estamos usando inovação científica para realizar nossa imaginação infantil, "diz Wang.

p A equipe de pesquisa por trás deste estudo, que inclui USC Viterbi Ph.D. os alunos Kunhao Yu e Zhangzhengrong Feng como autores principais, juntamente com o professor Nicholas X. Fang do Massachusetts Institute of Technology e a professora Chiara Daraio do California Institute of Technology, usou uma centrífuga para extrair cloroplastos do espinafre comprado na Trader Joe's. Eles misturaram os cloroplastos de espinafre com uma tinta de polímero imprimível em 3-D recém-inventada. Em seguida, eles usaram a tinta para estruturas de impressão 3D. Ao aplicar luz à estrutura impressa em 3, eles criaram condições para gerar glicose vegetal que reage com o polímero para tornar o material cada vez mais forte.

p Ao aplicar duas a quatro horas de luz e imitar o poder da fotossíntese, os pesquisadores acreditam que esse "material vivo" pode se auto-fortalecer para ter seis vezes sua resistência original. O que mais, o efeito de fortalecimento induzido pelos cloroplastos vivos pode ser temporariamente suspenso pelo congelamento do material a 0? (os cloroplastos são temporariamente desacelerados no congelamento). Uma vez que a temperatura retorna à temperatura ambiente, o efeito de fortalecimento pode ser retomado.

p "O material se comporta como uma cobra que hiberna durante o inverno, "Wang diz.

p "Esse 'comportamento de suspensão' temporário nunca foi demonstrado em materiais de engenharia existentes, "Wang acrescenta.

p Yu, um autor principal nas notas do artigo, "Esta tecnologia com iluminação gradiente de luz pode criar estruturas de engenharia com rigidez gradiente, que exibem uma propriedade excepcional de 'amortecimento' muito além dos homogêneos.

p "Outra descoberta surpreendente é que o efeito de fortalecimento pode ser ajustado por força externa, "disse Feng, o outro autor principal do artigo.

p "Quando você pendura um peso em um galho de árvore, esse ramo se tornará muito mais forte do que outros ramos, um processo denominado "mecanotransdução". O mesmo fenômeno acontece aqui.

p A equipe pretende aplicar fotossíntese aos materiais para projetar uma sola de tênis com impressão 3D personalizada que se molda ao pé e tem uma rigidez personalizada.

p Algumas plantas exibem uma capacidade de autocura durante o enxerto e reparação de feridas. De acordo com os pesquisadores, o "material vivo" infundido com cloroplastos em um laboratório da USC também apresenta uma excelente propriedade de autorreparação. Essa propriedade é induzida pela glicose produzida pela fotossíntese que cria o processo molecular de reticulação (em essência equivalente à criação de suturas). Essa capacidade de reparo de rachaduras poderia ser aplicada em hélices de barcos ou mesmo drones.