Materiais Avançados

Pele artificial reproduz sexto sentido de tubarões em condições reais

Material reproduz sexto sentido de tubarões para detectar bioeletricidade
O novo sensor foi inspirado em um órgão localizado perto da boca dos tubarões, chamado ampola de Lorenzini. [Imagem: Marshall Farthing/Purdue]

Sexto sentido dos tubarões

Um "material quântico" que imita a capacidade dos tubarões de detectar minúsculos campos elétricos emitidos por presas a quilômetros de distância demonstrou funcionar bem em condições oceânicas, o que confirma sua ampla gama de aplicações potenciais.

O material manteve sua estabilidade funcional e não sofreu corrosão depois de ser imerso na água salgada em condições realísticas, um pré-requisito para sua utilização no oceano.

Além de darem um sexto sentido magnético para os humanos, peles eletrônicas feitas com essa tecnologia poderão revestir aviões e geradores eólicos e prometem reduzir o consumo de combustível dos navios.

Ampola de Lorenzini

O novo sensor foi inspirado em um órgão localizado perto da boca dos tubarões, chamado ampola de Lorenzini, que é capaz de detectar pequenos campos elétricos emitidos pelas presas que estão sendo caçadas.

O órgão que dá esse sexto sentido aos tubarões contém uma geleia que conduz os íons da água do mar até uma membrana especializada localizada na parte inferior da ampola. São as células sensíveis na membrana que permitem que o tubarão detecte os campos bioelétricos conforme os íons vão e vêm.

"Estamos trabalhando nisso há alguns anos. Mostramos que esses sensores podem detectar potenciais elétricos bem abaixo de um volt, na ordem de milivolts, o que é comparável aos potenciais elétricos emanados por organismos marinhos. O material é muito sensível. Nós calculamos a distância de detecção do nosso dispositivo e constatamos uma escala de comprimento semelhante ao que foi relatado para os eletrorreceptores dos tubarões," disse o professor Shriram Ramanathan, da Universidade Purdue, nos EUA.

Niquelato de samário

O sensor artificial foi feito com um material chamado niquelato de samário, que é um "material quântico", o que significa que seu desempenho é baseado em interações em nível atômico e molecular. O niquelato de samário pertence a uma classe de materiais chamados sistemas de elétrons fortemente correlacionados, que possuem propriedades eletrônicas e magnéticas exóticas, só explicadas pela mecânica quântica.

Como este material conduz prótons muito rapidamente, o que faz com que ele sofra uma dramática mudança de fase de condutor para isolante, ele é perfeito para funcionar como um detector muito sensível. O material também troca massa com o ambiente, à medida que os prótons da água do mar movem-se para o material e depois retornam à água, indo e voltando.

Metais como o alumínio, por exemplo, formam imediatamente um revestimento de óxido quando colocados na água do mar. A reação protege contra a corrosão, mas evita uma maior interação com o meio ambiente, impedindo seu uso como sensor. "Aqui, nós começamos com o material óxido e conseguimos manter sua funcionalidade, o que é muito raro," disse Ramanathan.

O niquelato de samário também altera suas propriedades ópticas, tornando-se mais transparente à medida que passa para a fase isolante. "Se o material transmite a luz de forma diferente, você pode usar a luz como uma sonda para estudar a propriedade do material e isso é muito poderoso. Agora você tem várias maneiras de estudar o material, eletricamente e opticamente," finalizou Ramanathan.

Bibliografia:

Perovskite Nickelates as Electric Field Sensors in Salt Water
Zhen Zhang, Derek Schwanz, Badri Narayanan, Michele Kotiuga, Joseph A. Dura, Mathew Cherukara, Hua Zhou, John W. Freeland, Jiarui Li, Ronny Sutarto, Feizhou He, Chongzhao Wu, Jiaxin Zhu, Yifei Sun, Koushik Ramadoss, Stephen S. Nonnenmann, Nanfang Yu, Riccardo Comin, Karin M. Rabe, Subramanian K. R. S. Sankaranarayanan, Shriram Ramanathan
Nature
Vol.: 553, pages 68,72
DOI: 10.1038/nature25008




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