Cientistas criam nanomúsculos controlados por luz capazes de levantar 1.000 vezes sua própria massa

Cientistas da Universidade do Colorado em Boulder deram um passo no sentido de criar musculatura artificial e atuadores controlados por luz. Eles criaram um nanomaterial no qual a luz é convertida em trabalho mecânico sem etapas intermediárias. Um protótipo desses “músculos” levantou uma carga 1000 vezes maior do que seu próprio peso. No futuro, esses músculos controlados pela luz poderão tornar-se a base de robôs e drones alimentados sem fios.

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O novo material é baseado em minúsculos cristais orgânicos que convertem a luz em forças mecânicas significativas, suficientes para erguer 1.000 vezes sua própria massa. Esse material, além de realizar ações físicas diretas, pode se tornar fonte de energia para sistemas controlados remotamente – robôs ou veículos.

Todos esses materiais fotoquímicos são baseados em transformações químicas e físicas no nível molecular. Em geral, eles são interessantes por um motivo simples – são controlados por iluminação, o que simplifica muito o desenvolvimento de componentes críticos em robótica. Mas, ao mesmo tempo, engenheiros e cientistas devem encontrar uma maneira de transformar as transformações moleculares em trabalho mecânico tangível, e isso não é uma tarefa fácil.

Uma dificuldade significativa no caminho para o trabalho em larga escala de “nano-músculos” foi a alta probabilidade de quebra de estruturas cristalinas. Para evitar tais danos ao material, os cientistas colocaram nanocristais fotoquímicos à base de diarileteno em um material polimérico poroso chamado tereftalato de polietileno. Os poros do tamanho de um mícron limitaram o crescimento dos cristais e os impediram de rachar, agindo como uma casca de fixação.

Experimentos com a amostra resultante mostraram suas altas características viciosas. O material não quebrou em curvas de 180°. A alternância de iluminação com ultravioleta e luz comum fez com que o material se dobrasse e se desdobrasse. Com seu próprio peso da matriz de 0,02 mg, levantou facilmente uma bola de náilon de 20 G. Para que tal músculo levante o braço de um robô, basta que ele caia sob um feixe de luz.

Fonte da imagem: Universidade do Colorado Boulder

Antes que esses robôs sejam lançados no mundo, há muito trabalho científico a ser feito. O novo material não pode se orgulhar de eficiência e versatilidade. A eficiência de seu trabalho é muito pequena e os movimentos físicos são limitados pelos comandos “dobrar” e “desdobrar”.

«Ainda temos um longo caminho a percorrer, especialmente em termos de eficiência, antes que esses materiais possam realmente competir com os atuadores existentes, disse o principal autor do artigo, publicado na Nature Materials. “Mas este estudo é um passo importante na direção certa e nos dá uma ideia de como podemos conseguir isso nos próximos anos.”