Cientistas suíços da ETH Zurich desenvolveram um termômetro que é pelo menos 100 vezes mais sensível do que os sensores de temperatura anteriores. Consiste em um material híbrido bio-sintético de células de tabaco e nanotubos.
Os humanos foram inspirados pela natureza desde o início dos tempos. Imitamos a natureza para desenvolver novas tecnologias, com exemplos que vão desde máquinas a produtos farmacêuticos e novos materiais. Os aviões são modelados em pássaros e muitas drogas têm suas origens nas plantas. Pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica e de Processos deram um passo além:para desenvolver um sensor de temperatura extremamente sensível, eles examinaram de perto as plantas sensíveis à temperatura. Contudo, eles não imitaram as propriedades das plantas; em vez de, eles desenvolveram um material híbrido que contém, além de componentes sintéticos, as próprias células vegetais. "Nós deixamos a natureza fazer o trabalho por nós, "explica Chiara Daraio, Professor de Mecânica e Materiais.
Os cientistas foram capazes de desenvolver o sensor de temperatura mais sensível:um módulo eletrônico que muda sua condutividade em função da temperatura. "Nenhum outro sensor pode responder a tão pequenas flutuações de temperatura com mudanças tão grandes na condutividade. Nosso sensor reage com uma capacidade de resposta pelo menos 100 vezes maior em comparação com os melhores sensores existentes, "diz Raffaele Di Giacomo, um pós-doutorado no grupo de Daraio.
Água é substituída por nanotubos
É sabido há décadas que as plantas têm a capacidade extraordinária de registrar diferenças de temperatura extremamente finas e responder a elas por meio de mudanças na condutividade de suas células. Ao fazer isso, as plantas são melhores do que qualquer sensor feito pelo homem até agora.
Di Giacomo fez experiências com células de tabaco em uma cultura de células. "Nós nos perguntamos como poderíamos transferir essas células para um corpo sem vida, material seco de forma que suas propriedades sensíveis à temperatura sejam preservadas, ", relata. Os cientistas alcançaram seu objetivo fazendo crescer as células em um meio contendo minúsculos tubos de carbono. Esses nanotubos de carbono eletricamente condutores formaram uma rede entre as células do tabaco e também conseguiram penetrar nas paredes celulares. Quando Di Giacomo secou o nanotubo - células cultivadas, ele descobriu um woody, material firme que ele chama de 'cyberwood'. Em contraste com a madeira, este material é eletricamente condutor graças aos nanotubos, e curiosamente a condutividade é dependente da temperatura e extremamente sensível, assim como em células vivas de tabaco.
Ecrã táctil sem toque e câmaras sensíveis ao calor
Conforme demonstrado por experimentos, o sensor cyberwood pode identificar corpos quentes mesmo à distância; por exemplo, uma mão se aproximando do sensor a uma distância de algumas dezenas de centímetros. A condutividade do sensor depende diretamente da distância da mão do sensor.
De acordo com os cientistas, cyberwood pode ser usado em uma ampla gama de aplicações; por exemplo, no desenvolvimento de uma 'tela sensível ao toque' que reage aos gestos, com os gestos registrados por vários sensores. Igualmente concebíveis podem ser câmeras sensíveis ao calor ou dispositivos de visão noturna.
Agente espessante pectina em um papel principal
Os cientistas da ETH, junto com um colaborador da Universidade de Salerno, Itália, não apenas sujeitou as propriedades do seu novo material a um exame detalhado, eles também analisaram as origens de seu comportamento extraordinário. Eles descobriram que as pectinas e os átomos carregados (íons) desempenham um papel fundamental na sensibilidade à temperatura das células vegetais vivas e da madeira cibernética seca. As pectinas são moléculas de açúcar encontradas nas paredes das células vegetais que podem ser reticuladas, dependendo da temperatura, para formar um gel. Os íons cálcio e magnésio estão presentes neste gel. "À medida que a temperatura sobe, as ligações da pectina se separam, o gel fica mais macio, e os íons podem se mover mais livremente, "explica Di Giacomo. Como resultado, o material conduz melhor a eletricidade quando a temperatura aumenta.
Os cientistas enviaram um pedido de patente para seu sensor. Em trabalho contínuo, eles agora estão desenvolvendo ainda mais para que funcione sem células vegetais, essencialmente com apenas pectina e íons. Seu objetivo é criar um ambiente flexível sensor transparente e até biocompatível com a mesma sensibilidade a temperaturas ultra-altas. Esse sensor pode ser moldado em formas arbitrárias e produzido a um custo extremamente baixo. Isso abrirá a porta para novas aplicações de sensores térmicos em dispositivos biomédicos, produtos de consumo e câmeras térmicas de baixo custo.
