Crédito:Instituto de Física de Leiden
Os físicos de Leiden exploram a automontagem de pequenas partículas para, algum dia, criar estruturas funcionais como micro-robôs de baixo para cima. Agora, eles deram um passo importante ao realizarem juntas experimentalmente na escala do micrômetro. O estudo é publicado em Nanoescala Diário.
Robôs com tamanho de micrômetro têm grande potencial, por exemplo, na medicina, já que podem administrar medicamentos localmente ou realizar cirurgias precisas. Os cientistas estão, portanto, procurando maneiras de desenvolver robôs em escala miniatura. Contudo, ao fabricar versões cada vez menores de dispositivos funcionais, encontra-se rapidamente as limitações. Portanto, A física de Leiden, Daniela Kraft, trabalha ao contrário:de baixo para cima em vez de de cima para baixo. Ela usa partículas de cerca de um micrômetro - os chamados coloides - como peças. Devido ao seu tamanho minúsculo, coloides têm o benefício adicional de mover-se continuamente em direções aleatórias, o que permite que as estruturas se construam.
Juntas
Embora já seja um desafio criar as várias partes, como cubos, triângulos, e halteres - e combiná-los da maneira desejada, os objetos resultantes são geralmente rígidos. Se você sonha em criar um micro-robô totalmente funcional, você também precisa de peças que permitam movimento:juntas. Agora, pela primeira vez, Kraft e seu grupo de pesquisa conseguiram fazer três tipos diferentes de juntas em microescala:dobradiças, controles deslizantes e juntas esféricas. Eles publicam suas descobertas em Nanoscale.
Três tipos diferentes de juntas de tamanho micrométrico. a) As juntas esféricas proporcionam liberdade de movimento em 360 graus para as esferas roxas. b) Juntas deslizantes:a esfera roxa só pode deslizar em um lado do cubo. c) Articulações de dobradiça:as esferas roxas só podem circular em torno do centro do haltere. Crédito:Instituto de Física de Leiden
DNA
Para dar às suas articulações a mobilidade necessária, os pesquisadores conectam os coloides por meio de ligantes de DNA. Em vez de anexar os ligantes a um local fixo no colóide, eles se movem livremente pela superfície. Kraft mantém a densidade relativamente baixa em cerca de mil ligantes de DNA por micrômetro quadrado na superfície do colóide. Isso é suficiente para construir a funcionalidade da junta, ao mesmo tempo, não sendo muitos para deter o sistema.
Graus de liberdade
No mundo macroscópico, as juntas não criam apenas uma conexão móvel, eles também fornecem funcionalidade ao restringir o movimento a certas direções. Uma dobradiça de porta, por exemplo, só permite que a porta gire em uma direção. Para transmitir esses graus específicos de liberdade e, portanto, funcionalidade às suas articulações microscópicas, os físicos exploraram o fato de que os colóides se fixam com mais força no contato máximo. Uma esfera conectada a uma partícula cúbica só pode deslizar ao longo de seu lado, porque a área de contato diminuirá se virar na esquina; isso a torna uma junta deslizante (Figura 1b). As esferas conectadas à cintura de um haltere só podem orbitar em torno do centro, pois sentem o contato máximo se tocam as duas metades do haltere (Figura 1c). Isso fornece uma função de dobradiça. Em terceiro lugar, coloides esféricos podem ser usados como juntas esféricas porque as partículas aderidas têm a liberdade de se mover em todas as direções (Figura 1a). Esses três tipos de juntas microscópicas transformam estruturas coloidais rígidas em estruturas flexíveis que formam a base para futuros micro-robôs autoconstrutores.
