Músculos artificiais feitos de madeira levantam até carros

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/11/2023

O músculo de hidrogel (esquerda) e um pedaço do hidrogel original, antes de ser temperado com os nanotubos de carbono.
[Imagem: David Callahan]

Músculo artificial de celulose

Pesquisadores suecos criaram um novo tipo de músculo artificial feito a partir da madeira que deverá ocupar um nicho importante no campo da robótica mole e, eventualmente, da robótica médica e de outros dispositivos biomédicos.

O material é essencialmente um hidrogel feito com nanofibras de celulose e uma pitada de nanotubos de carbono, que funcionam como meio de condução dos pulsos elétricos que controlam o músculo artificial.

Ao contrário dos músculos robóticos tradicionais, que se expandem com a força do ar ou de um líquido pressurizado, estes hidrogéis incham devido ao movimento da água em seu interior, por sua vez impulsionado por pulsos eletroquímicos. Eles podem expandir, contrair ou mudar de forma sob demanda, tudo controlado por pulsos elétricos de menos de 1 volt.

A resistência do material vem da orientação das nanofibras na mesma direção, assim como acontece nas fibras da madeira. E eles são muito fortes: Uma pequena porção, ao ser acionado eletricamente e se distender, conseguiu quebrar um tijolo "esticando-o" na longitudinal.

"Os hidrogéis de nanofibras incham uniaxialmente - em um único eixo - gerando alta pressão. Uma única peça de 15 x 15 cm pode levantar um carro de 2 toneladas," disse o professor Tobias Benselfelt, do Instituto Real de Tecnologia da Suécia.

Estrutura do músculo artificial quebrador de tijolos.
[Imagem: Tobias Benselfelt et al. - 10.1002/adma.202303255]

Atuadores eletroquímicos osmóticos

Se herda da madeira toda sua força e resistência, o material tem seu aumento volumétrico controlado eletronicamente graças à adição dos nanotubos de carbono, que são eletricamente condutores, o que cria o que os pesquisadores chamam de atuadores eletroquímicos osmóticos de hidrogel.

"Pense em como as plantas são fortes. As árvores podem crescer através da calçada pelas mesmas forças que aplicamos - estamos apenas controlando essa força eletronicamente," explicou o professor Mahiar Hamedi, cuja equipe também está usando as nanofibras de celulose para fabricar baterias flexíveis.

Outro aspecto interessante desse músculo artificial é que, ao inchar, o material apresenta um aumento impressionante em sua porosidade: Por controle elétrico, a porosidade pode ser aumentada em até 400%. Isso torna esses hidrogéis ideais para fabricar membranas eletroajustáveis para separar ou distribuir moléculas ou medicamentos in situ.

Por enquanto, os pesquisadores preveem que o uso do material fique limitado a pequenos dispositivos, como válvulas ou interruptores em microfluídica e biochips. "Atualmente, eles vêm em folhas finas, o que limita seu uso como músculos artificiais para robôs maiores," disse Hamedi.

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