Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang de Cingapura (NTU Cingapura) criaram um material semelhante a papel derivado do pólen que se curva e se enrola em resposta às mudanças nos níveis de umidade ambiental.

A capacidade deste artigo feito de pólen de alterar suas características mecânicas em resposta a estímulos externos pode torná-lo útil em uma ampla gama de aplicações, incluindo robôs soft, sensores, músculos artificiais, e geradores elétricos.

Combinado com a impressão digital, papel pólen pode ser uma promessa para a fabricação de uma nova geração de atuadores naturais programáveis ​​- componentes em uma máquina que são responsáveis ​​por mover e controlar um mecanismo.

As evidências, publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences esta semana, mostre como a equipe da NTU Cingapura formulou o papel usando grãos de pólen amolecidos.

Eles demonstraram as propriedades do papel à base de pólen dobrando-o em uma flor que 'desabrocha' na presença de vapor d'água. Eles também mostraram que as propriedades físicas do material polínico podem ser ajustadas, com uma tira de papel à base de pólen que é capaz de 'andar'.

Os autores correspondentes deste artigo são o Professor Assistente Song Juha da Escola de Engenharia Química e Biomédica, e o Professor Cho Nam-Joon e o Professor Subra Suresh da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da NTU.

NTU Distinguished University Professor Subra Suresh, que também é o presidente da NTU, disse:"Muito progresso foi feito no desenvolvimento de sensores e atuadores bioinspirados com base em materiais sintéticos projetados, mas esses materiais vêm com limitações, como questões de sustentabilidade ambiental e custo relativamente alto. Resta uma necessidade crítica de incorporar materiais econômicos e ecológicos. Assim como as pinhas abrem e fecham suas escamas dependendo da quantidade de umidade do ar, nossa equipe de pesquisa NTU mostrou que o papel pólen criado a partir de grãos de pólen naturalmente abundantes responde como um atuador às mudanças na umidade do ambiente. "

NTU Professor Cho Nam-Joon, que detém a cadeira da Sociedade de Pesquisa de Materiais de Cingapura em Ciência e Engenharia de Materiais, disse:"Essas descobertas se baseiam no trabalho recente de nossa equipe NTU, em que mostramos como grãos de pólen duros podem ser convertidos em partículas macias de microgel que alteram suas propriedades em resposta a estímulos externos. Este processo também processa pólen e os produtos que criamos a partir dele, não alergênico. "

Papel pólen que dobra, vira e se move

Para formar o papel, a equipe da NTU primeiro transformou os grãos de pólen ultra-resistentes dos girassóis em um material semelhante a gel por meio de um processo semelhante ao de fabricação de sabão convencional. Este processo inclui a remoção do cimento de pólen pegajoso à base de óleo que reveste a superfície do grão, antes de incubar o pólen em condições alcalinas por horas.

O material semelhante a um gel resultante é então fundido em um molde e deixado para secar, formando um material semelhante ao papel. Usando microscopia eletrônica de varredura, os cientistas observaram que o papel à base de pólen compreende camadas alternadas de partículas de pólen, com a camada superior significativamente mais áspera do que a inferior.

A superfície superior do papel pólen, que parece fosco a olho nu, mostraram remanescentes das pontas distintas dos grãos de pólen do girassol, contribuindo para sua aspereza. A superfície inferior, que assume um acabamento de superfície semelhante a um espelho, foi relativamente mais suave.

Essa diferença estrutural nas camadas de partículas de pólen significa que na presença de vapor d'água o papel começa a dobrar, e sob condições secas, ele se desdobra. Ciclos repetidos de condições úmidas e secas fazem com que o papel gire ao longo do tempo.

O professor assistente da NTU Song Juha explicou:"Durante a absorção de água ou vapor d'água, as partículas de pólen no papel incham e se expandem. Devido à diferença estrutural nas camadas de partículas de pólen, o papel incha de maneira diferente em diferentes partes. Isso induz tensões internas através da espessura do papel, o que o força a dobrar. "

Para mostrar que é possível personalizar a capacidade de resposta ao vapor de água do papel pólen, a equipe ajustou os parâmetros de processamento, principalmente o tempo de incubação alcalina dos grãos de pólen. Eles juntaram duas amostras de papel pólen, cada um preparado sob diferentes tempos de incubação (3 horas e 12 horas), para formar uma tira de papel polínico bimaterial com um limite visível.

Quando o papel polínico bimaterial foi exposto a um ciclo úmido-seco, as reações diferentes das duas amostras de papel pólen à umidade fizeram com que o papel "andasse" como uma lagarta que se move alternadamente expandindo e contraindo seu corpo macio.

Os cientistas também demonstraram o potencial de aplicação do papel pólen como um robô macio de ação automática por meio de uma flor feita de papel pólen que 'desabrocha' por meio da absorção gradual de vapor d'água.

O professor Suresh disse:"O papel polínico que desenvolvemos mostra forte atuação mecânica conforme a umidade muda. Este material de ocorrência natural mostra potencial para desenvolver um amplo espectro de sistemas de atuação com propriedades personalizadas para diferentes necessidades funcionais."