Microveículos são impulsionados por algas vivas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/07/2024

Estas fotos mostram a motoneta (à esquerda) e o rotor (à direita). Cada micromáquina moveu-se continuamente durante várias horas.
[Imagem: Shoji Takeuchi Research Group/University of Tokyo]

Veículos movidos por algas

Estes nano e micro-veículos têm os motores e o combustível mais "verdes" que se pode imaginar: Eles são impulsionados e manobrados por algas vivas.

As algas são capturadas em cestos presos às nanomáquinas, que foram cuidadosamente projetadas para permitir espaço suficiente para que as algas continuem nadando.

Haruka Oda e seus colegas da Universidade de Tóquio, no Japão, criaram dois tipos de veículos: o "rotor", que gira como uma roda, e a "motoneta", que deveria se mover para frente, mas que nos testes se moveu de modo mais surpreendente.

"Nós nos inspiramos e tiramos proveito da Chlamydomonas reinhardtii, uma alga muito comum encontrada em todo o mundo, depois de ficarmos impressionados com a sua capacidade de natação rápida e irrestrita," disse Naoto Shimizu, membro da equipe. "Mostramos agora que essas algas podem ser capturadas sem prejudicar sua mobilidade, oferecendo uma nova opção para impulsionar micromáquinas que poderão ser usadas para fins de engenharia ou pesquisa."

No futuro, essas minifrotas movidas por algas poderão ser aplicadas para auxiliar na engenharia e pesquisa ambiental em nível microscópico, diz a equipe, que já está planejando experimentar projetos diferentes e mais complexos para seus próximos veículos.

O conceito e a implementação das armadilhas para capturar os motores verdes vivos.
[Imagem: Haruka Oda et al. - 10.1002/smll.202402923]

Nanomáquinas ou micromáquinas

As micromáquinas foram criadas usando uma tecnologia de impressão 3D chamada estereolitografia de dois fótons. Esta impressora usa luz para criar microestruturas de plástico. A equipe trabalhou na escala de 1 micrômetro, ou 1.000 nanômetros, portanto na fronteira entre as nanomáquinas e as micromáquinas.

Segundo os pesquisadores, a parte mais desafiadora foi otimizar o projeto das armadilhas em forma de cesto, para que elas pudessem capturar e reter com eficácia as algas quando elas nadassem para dentro dela.

As armadilhas foram acopladas a duas máquinas diferentes. A primeira, chamada motoneta, tem duas armadilhas que contêm uma alga em cada uma e se parece um pouco com um veículo de corrida de Guerra na Estrelas. O segundo, chamado rotor, possui quatro armadilhas, contendo no total quatro algas, e é semelhante a uma roda gigante. O tamanho e o formato dos cestos permitiram que os dois flagelos (pequenos apêndices em forma de chicote) da alga continuassem se movendo, impulsionando as máquinas.

"Como esperávamos, o rotor apresentou um movimento rotacional suave. No entanto, ficamos surpresos com a motoneta. Pensávamos que ela se moveria em uma direção, já que as algas estavam voltadas para a mesma direção. Em vez disso, observamos uma série de movimentos erráticos e movimentos invertidos," contou Oda. "Isso nos levou a investigar mais a fundo como o movimento coletivo de múltiplas algas influencia o movimento da micromáquina."

O grande desafio foi otimizar o desenho das armadilhas.
[Imagem: Haruka Oda et al. - 10.1002/smll.202402923]

Máquinas mais complexas

Segundo os pesquisadores, a principal vantagem dessas micromáquinas em relação às movidas por diferentes organismos é que nem a máquina e nem as algas necessitam de qualquer modificação química. As algas também não precisam de estruturas externas para guiá-las até a armadilha. Isso permite maior liberdade de movimento da micromáquina, além de simplificar o processo.

A seguir, a equipe planeja aprimorar o rotor, para que ele gire mais rápido, e criar projetos de máquinas novas e mais complexas.

"Os métodos aqui desenvolvidos não são apenas úteis para visualizar os movimentos individuais das algas, mas também para desenvolver uma ferramenta que possa analisar os seus movimentos coordenados sob condições restritas," disse o professor Shoji Takeuchi. "Esses métodos têm potencial para evoluir no futuro para uma tecnologia que possa ser usada para monitoramento ambiental em ambientes aquáticos e para transporte de substâncias usando microrganismos, como a movimentação de poluentes ou nutrientes na água."

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