Em um artigo de 15 de maio publicado na revista Physical Review Letters , Os físicos da Virginia Tech revelaram um fenômeno microscópico que poderia melhorar muito o desempenho de dispositivos leves, como robôs ágeis e flexíveis ou cápsulas microscópicas para administração de medicamentos.



O artigo, escrito pelo doutorando Chinmay Katke, pelo professor assistente C. Nadir Kaplan e pelo coautor Peter A. Korevaar da Universidade Radboud, na Holanda, propõe um novo mecanismo físico que poderia acelerar a expansão e contração dos hidrogéis. Por um lado, isto abre a possibilidade de os hidrogéis substituirem materiais à base de borracha usados ​​para fabricar robôs flexíveis – permitindo que estes materiais fabricados se movam talvez com uma velocidade e destreza próximas das mãos humanas.

Robôs flexíveis já estão sendo usados ​​na indústria, onde um dispositivo semelhante a uma mão é programado para pegar um item de uma esteira transportadora – imagine um cachorro-quente ou um pedaço de sabão – e colocá-lo em um recipiente para ser embalado. Mas os que estão em uso agora contam com sistemas hidráulicos ou pneumáticos para mudar o formato da “mão” para pegar o item.

Semelhante ao nosso próprio corpo, os hidrogéis contêm principalmente água e estão por toda parte ao nosso redor, por exemplo, geleia alimentar e gel de barbear. A pesquisa de Katke, Korevaar e Kaplan parece ter encontrado um método que permite que os hidrogéis inchem e contraiam muito mais rapidamente, o que melhoraria sua flexibilidade e capacidade de funcionar em diferentes ambientes.

O que os cientistas da Virginia Tech fizeram?

Os organismos vivos usam a osmose para atividades como estourar sementes, dispersar frutos nas plantas ou absorver água no intestino. Normalmente, pensamos na osmose como um fluxo de água movendo-se através de uma membrana, com moléculas maiores, como polímeros, incapazes de passar. Essas membranas são chamadas de membranas semipermeáveis ​​e foram consideradas necessárias para desencadear a osmose.

Anteriormente, Korevaar e Kaplan haviam feito experimentos usando uma fina camada de filme de hidrogel composta de ácido poliacrílico. Eles observaram que, embora o filme de hidrogel permita a passagem de água e íons e não seja seletivo, o hidrogel incha rapidamente devido à osmose quando os íons são liberados dentro do hidrogel e encolhe novamente.

Katke, Korevaar e Kaplan desenvolveram uma nova teoria para explicar a observação acima. Esta teoria diz que as interações microscópicas entre os íons e o ácido poliacrílico podem fazer o hidrogel inchar quando os íons liberados dentro do hidrogel estão distribuídos de maneira desigual. Eles chamaram isso de "inchaço difusioforético dos hidrogéis". Além disso, este mecanismo recentemente descoberto permite que os hidrogéis inchem muito mais rapidamente do que era possível anteriormente.

Por que essa mudança é importante?

Kaplan explicou:Atualmente, os robôs ágeis e macios são feitos de borracha, que "faz o trabalho, mas suas formas são alteradas hidraulicamente ou pneumaticamente. Isso não é desejado porque é difícil imprimir uma rede de tubos nesses robôs para fornecer ar ou fluido a eles ."

Imagine, disse Kaplan, quantas coisas diferentes você pode fazer com a mão e com que rapidez você pode fazê-las devido à sua rede neural e ao movimento dos íons sob a pele. Como a borracha e o sistema hidráulico não são tão versáteis quanto os seus tecidos biológicos, que são um hidrogel, os robôs macios de última geração só podem fazer um número limitado de movimentos."

Como isso poderia melhorar nossas vidas?

Katke explicou que o processo que eles pesquisaram permite que os hidrogéis mudem de forma e depois voltem à sua forma original “significativamente mais rápido desta forma” em robôs macios que são maiores do que nunca.

Atualmente, apenas robôs de hidrogel de tamanho microscópico podem responder a um sinal químico com rapidez suficiente para serem úteis e os maiores levam horas para mudar de forma, disse Katke. Ao usar o novo método de difusioforese, robôs macios do tamanho de um centímetro podem ser capazes de se transformar em apenas alguns segundos, o que está sujeito a estudos adicionais.

Robôs flexíveis maiores e ágeis que pudessem responder rapidamente poderiam melhorar os dispositivos de assistência na área da saúde, as funções de “escolha e colocação” na fabricação, operações de busca e salvamento, cosméticos usados ​​para cuidados com a pele e lentes de contato.