A madeira é a fonte de um mini material muscular robótico para quebrar tijolos, desenvolvido por pesquisadores na Suécia e na Alemanha. O material – um hidrogel especialmente desenvolvido – pode mudar de forma, expandir e contrair sob demanda quando controlado com impulsos eletrônicos de menos de 1 volt.



A robótica é apenas um uso potencial do material, que é feito com nanofibras de celulose (CNFs) derivadas da madeira. A tecnologia também apresenta possibilidades na medicina e na produção bioquímica.

Os resultados foram relatados em Materiais Avançados por pesquisadores do KTH Royal Institute of Technology.

Ao contrário dos músculos robóticos que se expandem com a força do ar ou líquido pressurizado, esses hidrogéis incham devido ao movimento da água impulsionado por pulsos eletroquímicos, diz Tobias Benselfelt, pesquisador da Divisão de Tecnologia de Fibra do KTH Royal Institute of Technology.

Os principais componentes do material são água, nanotubos de carbono como condutores e nanofibras de celulose provenientes de polpa de madeira. Embora o material seja um hidrogel, ele aparece como tiras de plástico quando combinado com nanofibras de carbono.

A resistência do material vem da orientação das nanofibras na mesma direção, assim como nas fibras da madeira. “Os hidrogéis de nanofibras incham uniaxialmente – em um único eixo – gerando alta pressão”, diz Benselfelt. "Uma única peça de 15 x 15 cm pode levantar um carro de 2 toneladas."

O inchaço do material pode ser controlado eletronicamente como resultado da adição de nanotubos de carbono condutores ao hidrogel, o que cria o que os pesquisadores chamam de atuadores eletroquímicos osmóticos de hidrogel.

O professor Max Hamedi da KTH, coautor do trabalho, diz que a inspiração para o projeto veio da maneira como as plantas crescem.

“Pense em como as plantas são fortes”, diz Hamedi. "As árvores podem crescer na calçada pelas mesmas forças que aplicamos - estamos apenas controlando essa força eletronicamente."

Um aspecto interessante da pesquisa é que a porosidade do material pode ser controlada eletronicamente", diz Benselfelt. A porosidade pode ser aumentada em até 400 por cento, o que torna esses hidrogéis um material ideal para membranas eletroajustáveis ​​para separar ou distribuir moléculas ou medicamentos in situ.

Esta expansão controlada com precisão é também o que permite ao material exercer força suficiente para quebrar um pequeno tijolo, que foi o que os investigadores demonstraram em conjunto com o seu estudo. Embora, por enquanto, os pesquisadores prevejam que seu uso seja limitado a pequenos dispositivos, como válvulas ou interruptores em microfluídica. “Atualmente, eles vêm em folhas finas, o que limita seu uso como músculos artificiais para robôs maiores”, diz Hamedi.

Olhando mais longe no futuro, uma possível aplicação robótica poderia ser em robôs subaquáticos. Benselfelt diz que estes podem ser usados ​​em grandes profundidades, uma vez que os hidrogéis não podem ser comprimidos pela pressão da água.

“Geralmente, é um passo em direção a máquinas leves e realistas. No entanto, essa visão está muito distante no futuro”, diz ele.

Outro benefício da tecnologia é que sua fabricação é relativamente barata. A equipe continua otimizando o material, imprimindo músculos eletrônicos em 3D, e estudando como dimensioná-lo para uso comercial.

A pesquisa foi realizada no KTH Royal Institute of Technology e no Digital Cellulose Center, e envolveu colaboradores do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, da Universidade de Linköping e da Technische Universität Braunschweig.

Mais informações: Tobias Benselfelt et al, Hidrogéis Eletroquimicamente Controlados com Permeabilidade Eletroajustável e Atuação Uniaxial, Materiais Avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202303255
Informações do diário: Materiais Avançados

Fornecido pelo KTH Royal Institute of Technology