Cílios e sobrancelhas retêm poeira e detritos que entram nos olhos. A mesma ideia vale para pequenos pelos do nariz e das orelhas. Em um nível mais microscópico, os minúsculos cílios semelhantes a cabelos que revestem as células humanas ajudam a detectar mudanças ambientais sutis e podem estimular os sentidos de uma pessoa.



Esses são os conceitos que o doutorando em nanociência e nanotecnologia Phillip Glass e o orientador Daeha Joung, Ph.D., estão buscando com seus sensores ciliares impressos em 3D no Departamento de Física da Virginia Commonwealth University na Faculdade de Humanidades e Ciências. Os dois estão explorando o campo da mecanodetecção, um termo biológico para os métodos que o corpo usa para coletar estímulos externos e enviá-los ao cérebro – resultando em sentidos como tato, audição, movimento e dor. Mecanorreceptores são células ou órgãos que realizam a detecção.

Agora eles estão trazendo o conceito humano para máquinas e robôs.

“Há todos os tipos de lugares onde poderíamos usá-los”, disse Glass enquanto exibia os minúsculos sensores impressos em 3D do laboratório que parecem cabelos humanos. As tecnologias de mecanosensor existentes, disse Glass, podem detectar pressões sustentadas, pressões rápidas e mudanças de temperatura. “Mas uma área que não foi tão explorada é o conceito de força de ‘deslizamento’ – por exemplo, aquela sensação que você sente na pele ao tirar ou vestir a roupa”, disse Glass.

O uso dos receptores da equipe ainda está para ser visto, mas Glass e Joung – professor assistente de biofísica experimental e nanociência – apontam para uma série de aplicações nos campos industrial, ambiental e biomédico. Eles descrevem suas descobertas e a física por trás de seu IP em um artigo de julho de 2023 que a dupla e sua equipe VCU publicaram na Advanced Science , "Matrizes de cílios artificiais impressas em 3D:uma ferramenta versátil para detecção mecânica personalizável."

Os usos, dizem eles, poderiam incluir robôs cirúrgicos minimamente invasivos equipados com mecanorreceptores ciliares para detectar melhor mudanças mínimas de pressão ou temperatura, máquinas industriais que podem medir o fluxo de ar ou água, um robô que pode ler braille ou detecção de detritos em um sistema altamente sensível. lentes da câmera.

No caso da leitura em braille, os cílios eram alinhados em uma estrutura semelhante a um pincel e presos a um robô, que era arrastado por uma superfície com pontos em braille. Os dados coletados do robô mapearam com precisão o formato do braille.

"A tecnologia de Phillip e do Dr. Joung é realmente uma plataforma que pode ser usada em vários setores, desde próteses - pense, tornar os dedos protéticos das mãos ou dos pés de uma pessoa mais sensíveis ao toque - até a fabricação que requer fluidos dinâmicos", disse Brent Fagg, gerente sênior de licenciamento da VCU TechTransfer and Ventures. "O desafio agora é encontrar os parceiros certos na fase inicial para desenvolver uma aplicação pronta para o mercado, e estamos conversando com vários grupos que têm interesse."

Medir as taxas de fluxo de ar e água é uma oportunidade crítica, disse Glass, que é um fator importante em um amplo número de mercados, de fábricas a hospitais. “Tantas aplicações e indústrias precisam controlar, medir e até prever a taxa de ar ou água”, disse ele.

Os sensores ciliares de Glass são formados em uma impressora 3D personalizada usando um material chamado policaprolactona (PCL) misturado com grafeno (um supernanomaterial altamente condutor) e um solvente que seca em contato com o ar. A impressão 3D também dá ao Glass flexibilidade para imprimir cílios de tamanhos diferentes “apenas alterando algumas linhas de código”.

“Um dos grandes pontos de venda da nossa tecnologia é que podemos imprimir cabelos de tamanhos diferentes, que podem sentir o estímulo de forma diferente”, disse Glass. “Os cabelos realmente longos dobram-se mais facilmente do que os curtos, por isso, embora outros tipos de sensores de fluxo de ar possam detectar apenas uma única faixa de fluxo, podemos imprimir nossos cílios em diferentes tamanhos e espaçamentos e torná-los mais sensíveis a uma ampla gama de estímulos”.

Para Joung, os sensores sustentam a importância da física como elemento fundamental em aplicações do mundo real. “A maior força da física é que ela é a base para qualquer nova aplicação, seja um dispositivo biomédico ou um processo de engenharia”, disse Joung. "Phillip realmente adotou uma abordagem diferente, usando a singularidade e a criatividade para imaginar uma nova ideia com potencial no mundo real."

Mais informações: Phillip Glass et al, Matrizes de cílios artificiais impressas em 3D:uma ferramenta versátil para detecção mecânica personalizável, Ciência Avançada (2023). DOI:10.1002/advs.202303164
Informações do diário: Ciência Avançada

Fornecido pela Virginia Commonwealth University