p As almofadas das patas notoriamente pegajosas das lagartixas são cobertas por cerdas - microscópicas, Estruturas semelhantes a cabelos cuja composição química e física e alta flexibilidade permitem que o lagarto agarre-se a paredes e tetos com facilidade. Os cientistas tentaram replicar essas microestruturas dinâmicas no laboratório com uma variedade de materiais, incluindo elastômeros de cristal líquido (LCEs), que são redes emborrachadas com grupos cristalinos líquidos anexados que ditam as direções nas quais os LCEs podem se mover e se esticar. Até aqui, LCEs sintéticos têm sido principalmente capazes de se deformar em apenas uma ou duas dimensões, limitando a capacidade das estruturas de se moverem pelo espaço e assumirem diferentes formas. p Agora, um grupo de cientistas do Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia de Harvard e da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson (SEAS) aproveitou os campos magnéticos para controlar a estrutura molecular dos LCEs e criar formas microscópicas de polímero tridimensional que podem ser programadas para mover em qualquer direção em resposta a vários tipos de estímulos. O trabalho, relatado em PNAS , pode levar à criação de uma série de dispositivos úteis, incluindo painéis solares que giram para seguir o sol para melhor captação de energia.

p "O que é crítico neste projeto é que somos capazes de controlar a estrutura molecular alinhando os cristais líquidos em uma direção arbitrária no espaço 3-D, permitindo-nos programar quase qualquer forma na geometria do próprio material, "disse o primeiro autor Yuxing Yao, que é estudante de pós-graduação no laboratório do membro do corpo docente fundador do Wyss, Joanna Aizenberg, Ph.D.

p As microestruturas criadas pela equipe de Yao e Aizenberg são feitas de LCEs fundidos em formas arbitrárias que podem deformar em resposta ao calor, luz, e umidade, e cuja reconfiguração específica é controlada por suas próprias propriedades químicas e materiais. Os pesquisadores descobriram que, ao expor os precursores de LCE a um campo magnético enquanto estavam sendo sintetizados, todos os elementos cristalinos líquidos dentro dos LCEs se alinharam ao longo do campo magnético e mantiveram esse alinhamento molecular após a solidificação do polímero. Variando a direção do campo magnético durante este processo, os cientistas poderiam ditar como as formas LCE resultantes se deformariam quando aquecidas a uma temperatura que perturbasse a orientação de suas estruturas cristalinas líquidas. Quando retornou à temperatura ambiente, as estruturas deformadas retomaram o seu início, forma orientada internamente.

p Essas mudanças de forma programadas podem ser usadas para criar mensagens criptografadas que só são reveladas quando aquecidas a uma temperatura específica, atuadores para pequenos robôs macios, ou materiais adesivos cuja viscosidade pode ser ligada e desligada. O sistema também pode fazer com que as formas se dobrem autonomamente em direções que normalmente exigiriam a entrada de alguma energia para serem alcançadas. Por exemplo, uma placa LCE mostrou não apenas sofrer flexão fora do plano "tradicional", mas também flexão ou torção no plano, alongamento, e contração. Adicionalmente, movimentos únicos podem ser alcançados expondo diferentes regiões de uma estrutura LCE a vários campos magnéticos durante a polimerização, que então se deformava em diferentes direções quando aquecido.

p A equipe também foi capaz de programar suas formas LCE para se reconfigurarem em resposta à luz, incorporando moléculas de reticulação sensíveis à luz na estrutura durante a polimerização. Então, quando a estrutura foi iluminada de uma certa direção, o lado voltado para a luz se contraiu, fazendo com que toda a forma se curve em direção à luz. Este tipo de movimento autorregulado permite que os LCEs se deformem em resposta ao ambiente e se reorientem continuamente para seguir a luz de forma autônoma.

p Adicionalmente, Os LCEs podem ser criados com propriedades responsivas ao calor e à luz, de modo que uma estrutura de um único material agora é capaz de múltiplas formas de movimento e mecanismos de resposta.

p Uma aplicação empolgante desses LCEs multiresponsivos é a criação de painéis solares cobertos com microestruturas que giram para seguir o sol conforme ele se move pelo céu como um girassol, resultando assim em uma captura de luz mais eficiente. A tecnologia também pode formar a base de rádios autônomos de seguimento de fontes, criptografia multinível, sensores, e edifícios inteligentes.

p "Nosso laboratório atualmente tem vários projetos em andamento nos quais estamos trabalhando no controle da química desses LCEs para permitir, comportamentos de deformação anteriormente invisíveis, como acreditamos que essas estruturas bioinspiradas dinâmicas têm o potencial de encontrar uso em uma série de campos, "disse Aizenberg, que também é Amy Smith Berylson Professor de Ciência de Materiais no SEAS.

p "Fazer perguntas fundamentais sobre como a Natureza funciona e se é possível replicar estruturas e processos biológicos no laboratório está no cerne dos valores do Wyss Institute, e muitas vezes pode levar a inovações que não só correspondem às habilidades da Natureza, mas melhorá-los para criar novos materiais e dispositivos que não existiriam de outra forma, "disse o Diretor Fundador do Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., Ph.D., que também é o professor Judah Folkman de Biologia Vascular na Harvard Medical School e do Programa de Biologia Vascular no Hospital Infantil de Boston, bem como Professor de Bioengenharia no SEAS.