Água bombeada sem gastar eletricidade imitando plantas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  10/05/2017

Um mecanismo simples mantém o bombeamento de água por dias, apenas por pressão osmótica. [Imagem: MIT]

Biomimetismo

Engenheiros do MIT, nos EUA, criaram o que eles chamam de uma "árvore em um chip" - uma bomba microfluídica inspirada na forma como as árvores e plantas circulam nutrientes.

O chip bombeia água por dias, a taxas constantes, gerando uma pressão hidráulica suficiente para movimentar pequenos robôs.

As plantas, das imensas castanheiras às pequenas violetas, são verdadeiras bombas hidráulicas naturais. Elas estão constantemente puxando água de suas raízes até as folhas mais altas, e bombeando açúcares produzidos por suas folhas de volta para as raízes. Esse fluxo constante de nutrientes é transportado através de um sistema de tecidos chamados xilema e floema, agrupados em conduítes fibrosos paralelos.

Jean Comtet e seus colegas conseguiram imitar esse sistema dentro de um dispositivo microfluídico - um biochip, ou microlaboratório, onde minúsculas quantidades de líquido são usadas para realizar reações, por exemplo, para exames laboratoriais.

Propulsão hidráulica passiva

A grande vantagem da tecnologia é que, assim como seus equivalentes na natureza, o chip opera passivamente, não necessitando de peças móveis ou bombas externas. Ele é capaz de bombear água e açúcares através dos seus canais a uma taxa de fluxo constante por vários dias.

"Na microrrobótica, tudo é duro e rígido, da fabricação e da integração à atuação. Se pudermos fazer blocos de construção básicos que permitam uma 'complexidade barata', isto seria super entusiasmante. Acredito que estas [bombas microfluídicas] são um passo nessa direção," disse a professora Anette Hosoi, que está tentando construir robôs que se alternam entre flexíveis e rígidos.

O sistema precisará ser miniaturizado para ser inserido em um robô - a ideia é usar a tecnologia dos biochips. [Imagem: Jean Comtet et al. - 10.1038/nplants.2017.32]

Chip que imita plantas

Para construir seu chip-árvore, os pesquisadores juntaram duas lâminas de plástico, através das quais eles perfuraram pequenos canais para representar o xilema e o floema. As duas lâminas são separadas por um material semipermeável para imitar a membrana que separa os dois dutos da planta. O xilema foi preenchido com água e o canal do floema com água e açúcar.

Uma outra membrana foi posta sobre a lâmina que contém o canal do floema e, sobre essa membrana, a equipe colocou um cubo de açúcar, para representar a fonte adicional de açúcar que se difunde das folhas de uma planta para o floema. O conjunto foi então posto sobre um tubo, que fornece a água de um tanque para o chip.

Essa configuração simples mantém o bombeamento por dias, passando a água do tanque para um coletor colocado na saída do chip.

A equipe quer agora colocar o chip em um pequeno robô para que ele gere uma impulsão hidráulica, permitindo medir a eficiência do mecanismo de bombeamento como sistema de propulsão.

Bibliografia:

Passive phloem loading and long-distance transport in a synthetic tree-on-a-chip
Jean Comtet, Kaare H. Jensen, Robert Turgeon, Abraham D. Stroock, A. E. Hosoi
Nature Plants
Vol.: 3, Article number: 17032
DOI: 10.1038/nplants.2017.32