Material converte luz diretamente em trabalho mecânico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/08/2023

Minúsculos cristais fotomecânicos transformam energia da luz em trabalho mecânico diretamente.
[Imagem: Wenwen Xu et al. - 10.1038/s41563-023-01610-4]

Luz vira trabalho mecânico

Cientistas criaram um material fotomecânico, capaz de transformar a energia da luz em trabalho mecânico, sem a intermediação de calor ou eletricidade.

"Nós cortamos o intermediário, por assim dizer, e pegamos a energia da luz e a transformamos diretamente em deformação mecânica," disse o professor Ryan Hayward, da Universidade do Colorado, nos EUA.

Isso gera um mundo de oportunidades para sistemas com elevada eficiência energética, sem fios e controlados remotamente, nas áreas de robótica, aeroespacial e dispositivos biomédicos - imagine um drone voando horas sem precisar descer para recarregar as baterias, alimentado apenas por um feixe de laser.

O material é composto de minúsculos cristais orgânicos que começam a dobrar e levantar coisas quando expostos à luz, uma alternativa promissora aos atuadores elétricos alimentados por fios, com potencial para controlar ou alimentar robôs ou veículos sem fio.

Além disso, melhorar a eficiência da conversão direta da luz em trabalho oferece o potencial de evitar sistemas complicados de gerenciamento térmico, bem como componentes elétricos pesados. "O que é empolgante é que esses novos atuadores são muito melhores do que os que tínhamos antes. Eles respondem rapidamente, duram muito tempo e podem levantar coisas pesadas," disse Hayward.

Protótipo do material fotomecânico.
[Imagem: University of Colorado Boulder]

Material fotomecânico

O material fotomecânico é feito com matrizes de minúsculos cristais orgânicos, incorporados dentro de um material polimérico parecido com uma esponja, devido aos seus orifícios minúsculos, na escala dos micrômetros. À medida que os cristais crescem dentro dos poros, sua durabilidade e produção de energia após a exposição à luz são significativamente aprimoradas.

A orientação dos cristais permite que eles executem tarefas quando expostos à luz, como dobrar ou levantar objetos. Quando o material muda de forma com uma carga anexada, ele opera como um motor ou um atuador e move a carga.

Os cristais podem mover objetos muito maiores do que eles. Por exemplo, uma tira de cristais de 0,02 mg levantou com sucesso uma bola de náilon de 20 mg, ou seja, 10.000 vezes sua própria massa.

Uma novidade bem-vinda é que esses materiais fotomecânicos desenvolvidos agora são muito robustos em comparação com tentativas anteriores, envolvendo sólidos cristalinos delicados, que mudam de forma por meio de uma reação fotoquímica, mas trincam muito facilmente. A textura de espuma lhes dá flexibilidade e deixa o material facilmente modelável, o que o torna versátil para uma ampla gama de aplicações.

O material é flexível e facilmente moldável.
[Imagem: Wenwen Xu et al. - 10.1038/s41563-023-01610-4]

Aumentar eficiência

Rumo a essas aplicações práticas, a equipe pretende a seguir aumentar o controle sobre o movimento do material. Atualmente, ele só pode ir de um estado plano para um estado curvo, dobrando e depois desdobrando.

"Ainda temos um longo caminho a percorrer, principalmente em termos de eficiência, antes que esses materiais possam realmente competir com os atuadores existentes," disse Hayward. "Mas este estudo é um passo importante na direção certa e nos dá um roteiro de como podemos chegar lá nos próximos anos."

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