Insetos ciborgues: Biocélula transforma barata em gerador de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/01/2012

Esquema de funcionamento da biocélula implantada na barata - o experimento propriamente dito não é tão agradável de se ver.
[Imagem: Rasmussen et al./JACS]

Inseto robô

Os compostos químicos do corpo de insetos podem ser convertidos em eletricidade, fornecendo energia para sensores, câmeras ou para controlar o próprio inseto.

A descoberta é mais uma na crescente lista de tentativas de criar insetos ciborgues - na verdade, de usar a "maquinaria" dos insetos para criar robôs autônomos.

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Colocar equipamentos eletrônicos em insetos pode ser uma maneira simples e barata para observação da natureza, monitoramento do meio ambiente, vigilância ou mesmo em caso de acidentes naturais, funcionando como batedores para auxiliar o trabalho dos bombeiros e da defesa civil.

"É virtualmente impossível partir do zero e criar algo que funcione como um inseto. Usar um inseto é muito mais fácil," afirma Daniel Scherson, da Universidade Case Western, nos Estados Unidos.

Musas da robótica

O grande desafio é fornecer eletricidade para alimentar os equipamentos a serem instalados "a bordo" do inseto e transmitir os dados coletados.

As opções preferidas têm sido usar nanogeradores piezoelétricos para capturar energia do próprio movimento do inseto, além de células solares ou baterias.

Scherson acredita que drenar energia química do próprio inseto é uma fonte mais promissora de energia, já que o inseto tenderá normalmente a se alimentar quando "suas baterias" estiverem fracas.

O animal escolhido para testar o conceito foi uma barata - as baratas chamam a atenção dos roboticistas há tempos:

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Biocélula

A chave para extrair a energia química do inseto é usar enzimas em série no anodo de uma biocélula de combustível.

A primeira enzima quebra o açúcar trehalose - que uma barata produz constantemente a partir de seu alimento - em açúcares mais simples, chamados monossacarídeos.

A segunda enzima oxida os monossacarídeos, liberando elétrons. A corrente elétrica é criada conforme esses elétrons são dirigidos para o catodo, onde o oxigênio do ar captura elétrons e é reduzido em água.

Depois de testar o sistema usando soluções de trehalose, os eletrodos foram inseridos no abdômen de uma barata viva, distante de seus órgãos vitais críticos.

"Os insetos têm um sistema circulatório aberto, de forma que o sangue não fica sob muita pressão," conta o Dr. Roy Ritzmann, membro da equipe.

Ou seja, ao contrário do que ocorreria em um vertebrado, no qual o sangue vai jorrar se você enfiar um eletrodo em uma veia ou artéria, o sangue do inseto não sai quando o eletrodo é colocado.

Os pesquisadores verificaram que a barata parece não sofrer nenhum dano de longo prazo, o que torna o "sistema adequado para uso a longo prazo" - isto parece bem menos traumático para os insetos do que outras propostas, onde eles são "comidos" para gerar energia para os robôs:

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Energia de barata

A biocélula movida a barata produziu quase 100 microwatts de potência por centímetro quadrado, a 0,2 volt, decaindo apenas 5% após 2,5 horas de operação. A densidade de corrente máxima foi de 450 microamperes por centímetro quadrado.

Agora os cientistas estão começando a miniaturizar a biocélula, para que ela possa ser totalmente implantável, permitindo que o inseto ande ou voe depois do implante.

"É possível usar o sistema de forma intermitente," explica Scherson. "Um inseto equipado com um sensor poderá medir a quantidade de um gás tóxico em um ambiente, transmitir a informação, desligar e recarregar por uma hora, então fazer outra medição, transmitir, e assim por diante."

A equipe do Dr. Ritzmann, que faz parte desta pesquisa, tem planos também de implantar um cérebro de barata em um robô:

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