Músculos artificiais multidirecionais imitam abrir e fechar da pupila

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/03/2025

Estrutura artificial, movida a músculos artificiais, que puxa tanto concêntrica quanto radialmente, muito parecido com a forma como a íris no olho humano dilata e contrai a pupila.
[Imagem: Tamara Rossy et al. - 10.1039/D4BM01017E]

Músculos artificiais multidirecionais

Os músculos artificiais existem há décadas, e vêm ajudando não apenas a desenvolver conceitos de robôs, como também encontraram aplicações em vários nichos, de correias transportadoras e novos tipos de alto-falantes até geladeiras de estado sólido.

Mas o desenvolvimento da biônica e a aproximação da eletrônica com a biologia está exigindo mais desses músculos, que até agora tipicamente só são capazes de se contrair e distender em uma única direção, ao passo que alguns músculos humanos podem se mover em padrões intrincados, ajudando partes do corpo a se moverem de múltiplas formas.

Para tornar esses músculos sintéticos menos artificiais, Tamara Rossy e colegas do MIT, nos EUA, desenvolveram um método para cultivar tecido muscular artificial que se contrai e flexiona em múltiplas direções coordenadas.

Como demonstração, eles cultivaram uma estrutura artificial, movida pelos novos músculos, que puxa tanto concêntrica quanto radialmente, de modo muito parecido com o modo como a íris no olho humano funciona para dilatar e contrair a pupila.

"Com o design da íris, acreditamos ter demonstrado o primeiro robô movido a músculos esqueléticos que gera força em mais de uma direção," disse a professora Ritu Raman, coordenadora da equipe.

Detalhes do "carimbo" usado para criar os moldes onde as células são cultivadas.
[Imagem: Tamara Rossy et al. - 10.1039/D4BM01017E]

Carimbo

A equipe trabalha no desenvolvimento de robôs biológicos, ou biorrobôs, há vários anos.

Nesse período, eles desenvolveram uma técnica de crescimento celular que eles comparam a uma plataforma de ginástica para células musculares cultivadas em laboratório. Um "tapete" de hidrogel estimula as células musculares a crescer e se fundir em fibras. A "rotina de exercícios" usa métodos de engenharia genética para forçar as células a se contraírem em resposta a pulsos de luz. Isso resulta em células musculares crescendo em linhas longas e paralelas, semelhantes aos músculos estriados naturais.

Mas a equipe queria ir além. "Queremos fazer tecidos que reproduzam a complexidade arquitetônica dos tecidos reais," disse Raman. "Veja o exemplo da musculatura circular em nossa íris e ao redor da nossa traqueia. E mesmo dentro de nossos braços e pernas, as células musculares não apontam para frente, mas em um ângulo."

Para desenvolver seu tecido muscular multidirecional, a equipe teve uma ideia surpreendentemente simples: Carimbos. O carimbo tem padrões microscópicos, mas que podem ser impressos em um hidrogel, criando algo semelhante aos tapetes de treinamento muscular desenvolvido anteriormente. Os padrões do tapete impresso servem então como um roteiro ao longo do qual as células musculares podem seguir e crescer.

O carimbo é então pressionado em um hidrogel macio em diferentes orientações, até formar a estrutura desejada, que a seguir é semeada com células musculares reais. As células crescem ao longo das ranhuras dentro do hidrogel, formando fibras. Quando essas fibras são estimuladas, o músculo se contrai nas múltiplas direções traçadas quando da aplicação do carimbo, seguindo a orientação das fibras resultantes.

Detalhes das estruturas de crescimento celular.
[Imagem: Tamara Rossy et al. - 10.1039/D4BM01017E]

Aplicações

O carimbo pode ser fabricado usando impressoras 3D de mesa, com diferentes padrões de ranhuras microscópicas, o que permite cultivar padrões complexos de músculos que se parecem e agem como seus equivalentes naturais. A equipe acredita que o mecanismo vá funcionar bem para outros tipos de tecidos biológicos, como neurônios e células cardíacas.

Um dos objetivos agora será projetar materiais biológicos que imitem a detecção, atividade e capacidade de resposta de tecidos reais no corpo.

Biotecidos engenheirados podem ser úteis em áreas que vão da medicina às máquinas. Por exemplo, os pesquisadores já estão tentando fabricar tecidos artificiais que possam restaurar a função de pessoas com lesão neuromuscular. Outra linha de pesquisa envolve a criação de músculos artificiais para uso em robótica macia, como nadadores movidos a músculos, que se movam pela água com uma flexibilidade semelhante à dos peixes.

"Em vez de usar atuadores rígidos, que são típicos nos robôs subaquáticos, se pudermos usar robôs biológicos macios, poderemos navegar e ser muito mais eficientes em termos de energia, ao mesmo tempo em que seremos completamente biodegradáveis e sustentáveis," disse Raman. "É isso que esperamos construir."

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