Micropartículas robotizadas monitoram ambiente e seu estômago

Redação do Site Inovação Tecnológica -  24/04/2018

Esquema dos proto-robôs, destacando seus circuitos eletrônicos monoatômicos. [Imagem: Michael Strano Lab]

Proto-robô

Pequenos robôs flutuantes podem ser úteis de várias maneiras; por exemplo, para sondar o intestino humano em busca de doenças ou para procurar poluentes no ambiente.

Um passo importante para viabilizar esses dispositivos foi dado com um novo casamento de materiais, combinando micropartículas biocompatíveis com a eletrônica ultrafina 2D - que usa semicondutores monoatômicos como a molibdenita ou o grafeno -, o que resultou na criação de máquinas microscópicas.

"Você pode construir circuitos eletrônicos com um único átomo de espessura, o que é incrivelmente fino. Um uso criativo que ninguém imaginou até agora é pegar esses componentes eletrônicos e enxertá-los em uma partícula coloidal. A partícula, que pode flutuar no ar como uma partícula de poeira, tem funções de computação simples. Você pode trazer esses novos componentes eletrônicos para ambientes que, de outra forma, não conseguiria acessar," explicou o professor Michael Strano, do MIT.

Como primeiro passo, a equipe desenvolveu um conjunto de componentes eletrônicos compatível com um revestimento de uma micropartícula, formando um circuito autônomo fechado - é o que eles chamam de um proto-robô, um conceito similar ao da poeira inteligente.

Microrrobô com sensor e refletor

As partículas com tamanho de um micrômetro foram feitas com um material tido como biocompatível, conhecido como SU-8 - embora ele contenha bisfenol A. Usando litografia tradicional, sua superfície recebeu um circuito que consiste de uma fonte de energia, um sensor e um dispositivo de memória. A fonte de energia é uma célula solar de heterojunção p-n de MoS2 (dissulfeto de molibdênio) e disseleneto de tungstênio (WSe2), que pode converter luz em corrente elétrica. Tanto o MoS2 quanto o WSe2 são semicondutores 2-D, comumente incluídos em uma família conhecida como molibdenita.

O detector é um quimiorresistor, uma única camada de MoS2 projetada para alterar sua resistência elétrica em resposta a um agente ambiental. A saída elétrica é armazenada na memória, que consiste em uma camada separada de MoS2 intercalada entre eletrodos de ouro e prata.

"Nós colocamos pequenos retrorrefletores nas partículas - como os que você tem na sua bicicleta - para que reflitam a luz e nos permitam encontrar rapidamente as partículas," descreve o pesquisador Volodymyr Koman. "Para leitura, as partículas têm conexões metálicas, como um soquete: depois de inserir dois conectores, você pode ler o estado do dispositivo." A memória pode então ser limpa para que as máquinas em miniatura possam ser reutilizadas.

Micropartículas robotizadas

Os pesquisadores vislumbram vários usos para esses robôs em miniatura, como monitorar grandes áreas em busca de bactérias, esporos, fumaça, poeira ou agentes tóxicos, o que atualmente requer equipamentos de grande porte e caros.

"Como alternativa, introduzimos o conceito de um dispositivo eletrônico 'aerossolizável'," disse Koman, referindo-se à dispersão das micromáquinas na forma de um aerossol.

Ele testou esse conceito em um gasoduto simulado. As máquinas flutuantes navegaram pela câmara de teste e detectaram a presença de partículas de carbono e compostos orgânicos voláteis ao longo do duto, armazenando as informações na memória, que foram lidas quando os microrrobôs foram recolhidos no outro lado do cano.

Agora eles pretendem desenvolver partículas para aplicações adicionais, inclusive como monitores do sistema digestivo humano.

Bibliografia:

Colloidal, Nanoelectronic State Machines Based on 2D Materials for Aerosolizable Electronics
Volodymyr Koman, Pingwei Liu, Daichi Kozawa, Albert Tianxiang Liu, Anton Cottrill, Michael S Strano
255th National Meeting & Exposition of the American Chemical Society (ACS)
Vol.: 10, Pages 888-888

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