Em um novo estudo liderado pelo professor do Instituto Maurizio Porfiri da NYU Tandon, pesquisadores mostraram um novo princípio de atuação - transformar energia elétrica em movimento. Este mecanismo de atuação é baseado em solvatação, a interação entre soluto e moléculas de solvente em uma solução. Este fenômeno é particularmente importante na água, como suas moléculas são polares:o oxigênio atrai elétrons mais do que o hidrogênio, de modo que o oxigênio tem uma carga ligeiramente negativa e o hidrogênio uma carga ligeiramente positiva. Assim, moléculas de água são atraídas por íons carregados em solução, formando conchas ao seu redor. Este fenômeno microscópico desempenha um papel crítico nas propriedades das soluções e em processos biológicos essenciais, como o dobramento de proteínas, mas antes deste estudo não havia evidência de potenciais consequências mecânicas macroscópicas da solvatação.

O grupo de pesquisadores, que também incluiu Alain Boldini, um Ph.D. candidato no Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da NYU Tandon, e o Dr. Youngsu Cha do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia, propôs que a solvatação poderia ser explorada para produzir deformações macroscópicas em materiais. Para este fim, Porfiri e seu grupo utilizaram membranas de ionômero, materiais poliméricos exclusivos nos quais cargas negativas não podem se mover. Os íons positivos podem facilmente entrar nessas membranas, enquanto os íons negativos são repelidos por eles. Para demonstrar a atuação, membranas de ionômero foram imersas em uma solução de água e sal, entre dois eletrodos. Aplicar uma voltagem nos eletrodos fez com que a membrana se dobrasse. O papel, "Atuação Eletroquímica Orientada por Solvação, "é publicado na American Physical Society's Cartas de revisão física .

De acordo com o modelo desenvolvido por Porfiri e seu grupo, a tensão causou uma corrente de íons positivos em direção ao eletrodo negativo. Esses íons entraram na membrana de um lado, junto com as moléculas de água em seus invólucros de solvatação. Do outro lado da membrana, íons positivos e suas conchas de solvatação foram arrastados para fora. A membrana respondeu como uma esponja:o lado cheio de água se expandiu, enquanto o lado com menos água encolheu. Este inchaço diferencial produziu a curvatura macroscópica da membrana. Estudar a atuação com íons diferentes ajuda a entender esse fenômeno, já que íons diferentes atraem um número diferente de moléculas de água ao seu redor.

A descoberta das consequências mecânicas macroscópicas da solvatação abre caminho para mais pesquisas sobre membranas. O grupo espera aplicações na área de células eletroquímicas (baterias, células de combustível, e eletrolisadores), que muitas vezes dependem das membranas utilizadas neste estudo. Essas membranas também compartilham semelhanças com as membranas naturais, como membranas celulares, em que os efeitos mecânicos da solvatação são amplamente desconhecidos.