Materiais multifuncionais parecem coisas vivas

O sonho de longo prazo dos pesquisadores é selecionar as funções desejadas e sintetizar os materiais necessários para executá-las. [Imagem: Stoyan Smoukov]

Materiais multifuncionais parecem coisas vivas

Vida sintética

Fica cada vez mais claro que não é necessário replicar mecanismos biológicos dos seres vivos para obter materiais que se adaptam às circunstâncias e até evoluem.

Novas técnicas têm permitido criar géis pulsantes que fazem cálculos, materiais que evoluem para apresentar comportamentos previsíveis e desenvolver comportamentos computacionais emergentes.

Agora, uma nova receita permitiu combinar múltiplos materiais, cada um com sua própria funcionalidade, para criar um material híbrido com múltiplas funções.

Vida sintética

As funções e propriedades apresentadas por esses materiais híbridos lembram em tudo os tecidos vivos, incluindo movimento, lembrança de movimentos anteriores e sensibilidade a fatores externos. Só que tudo feito por um material inteiramente sintético - essencialmente um tipo de plástico.

Esses materiais poderão ser usados para criar robôs mais eficientes e mais simples, substituindo a complexidade e o peso dos motores e engrenagens por um único material mais inteligente, uma espécie de músculo artificial de nova geração. Mas poderão fazer muito mais do que isso.

"Nós costumamos pensar nos materiais sintéticos como coisas estruturais, e não funcionais. Mas nós estamos entrando em uma nova era de materiais multifuncionais, que poderão eles próprios serem considerados robôs, já que podemos programá-los para que eles desempenhem uma série de ações de forma independente," disse o professor Stoyan Smoukov, da Universidade de Cambridge, na Inglaterra.

Redes interpenetradas

A equipe de Smoukov já havia criado um músculo artificial que lembra e repete os movimentos. Agora eles misturaram o músculo artificial com outro material, para obter novas funções, e ainda aprimoraram a técnica para que seja possível projetar e sintetizar os materiais para que eles desempenhem as tarefas precisas que se tem em mente.

Os materiais são sintetizados em uma reação única, no interior de um reator, ou através de uma série de reações sequenciais, em que as partes componentes são sintetizadas separadamente, uma a uma, e sequencialmente misturadas em nanoescala.

Nesta demonstração foram utilizados dois materiais pertencentes à classe dos "polímeros inteligentes", ou músculos artificiais poliméricos: o primeiro é um polímero eletroativo iônico, que se dobra ou incha com a aplicação de um potencial elétrico, e o segundo é o polímero com memória de forma criado pela equipe anteriormente, que pode ser programado para retornar a formatos pré-programados depois de ter sido deformado.

Representação esquemática da rede interpenetrada. [Imagem: Wiley]

O material combinado é o que os pesquisadores chamam de "rede interpenetrada": como os componentes são misturados em nanoescala, há rotas dos componentes individuais de uma ponta a outra do material, mas há também fronteiras em nanoescala, nas quais cessa o comportamento de um dos materiais e começa o do outro.

Essa interpenetração dá ainda ao material uma estabilidade mecânica muito grande, o que é um adicional importante para sua utilização como um músculo artificial que "sabe o que deve fazer".

Múltiplos comportamentos sintéticos

Como eles reagem a fatores externos, o comportamento desses materiais pode ser controlado de diversas maneiras, incluindo pela luz, compostos químicos, campos elétricos ou magnéticos ou pela alteração de temperatura.

Em resposta, eles podem se mover, mudar de cor, emitir luz, gerar eletricidade ou mudar de forma.

A equipe pretende a seguir misturar mais do que dois materiais para obter funcionalidades ainda maiores.

"Nós estamos tentando projetar materiais que se aproximem da flexibilidade das coisas vivas," disse Smoukov. "Vendo a funcionalidade dos seres vivos, em seguida queremos extrair aquela funcionalidade e encontrar uma maneira de fazê-la de forma mais simples em um material sintético. Nós estamos descascando algumas das camadas de mistério que cercam a vida."

Redação do Site Inovação Tecnológica -  10/07/2015

Bibliografia:Redação do Site Inovação Tecnológica -  10/07/2015

Smarter Actuator Design with Complementary and Synergetic Functions
Alexandre Khaldi, Cedric Plesse, Frederic Vidal, Stoyan K. Smoukov
Advanced Materials
Vol.: Early View
DOI: 10.1002/adma.201500209