Robótica

Brasileiros criam músculo artificial mais forte do mundo

Brasileiros criam músculo artificial mais forte do mundo
O músculo artificial de nanotubos de carbono levanta 100.000 vezes o seu próprio peso e gera 85 vezes mais energia mecânica do que um músculo humano.[Imagem: Science/AAAS]

Músculo de nanotubos de carbono

Pesquisadores brasileiros ajudaram a criar os músculos artificiais mais fortes e mais rápidos já produzidos até hoje.

Músculos artificiais são o tipo de atuador - um gerador de movimento - mais promissor para a robótica.

Contudo, eles nunca cumpriram todo o seu potencial porque sempre foram muito lentos ou fracos demais.

Márcio Lima e seus colegas superaram largamente essas dificuldades.

Eles fabricaram um novo tipo de músculo artificial usando fibras tecidas com nanotubos de carbono e depois embebidas em uma espécie de cera.

O trabalho, realizado na Universidade do Texas, nos Estados Unidos, é um melhoramento do primeiro músculo artificial de nanotubos de carbono, apresentado há cerca de um ano pela equipe do Dr. Ray Baughman.

Funcionamento dos músculos artificiais

A maioria dos materiais usados na construção de músculos artificiais tem um sério inconveniente: ou eles têm uma grande força em um movimento muito pequeno, ou movem-se bastante mas com pequena força.

Além disso, eles costumam mover-se muito lentamente para serem práticos, e têm uma vida útil muito curta.

Márcio Lima acredita ter solucionado a maioria desses inconvenientes torcendo as fibras de nanotubos de carbono e depois mergulhando-as em parafina.

Quando o material é aquecido, a parafina amolece, deixando a fibra livre para girar, expandindo-se. Basta retirar o calor para que o movimento se reverta.

Controlando-se o calor - que pode ser fornecido como calor mesmo ou por eletricidade, luz ou por meios químicos - a fibra pode ser usada para içar ou abaixar um objeto, ou para fazê-lo girar.

Os nanotubos de carbono são torcidos ao extremo, formando uma espécie de mola que é mantida no lugar pela cera.

Quando é aquecido, o músculo artificial libera essa força começando a girar. A rotação é revertida quando o aquecimento é desligado e a fibra começa a esfriar.

Brasileiros criam músculo artificial mais forte do mundo
As aplicações do super-músculo artificial incluem de robôs e tecidos inteligentes, até cateteres para cirurgias minimamente invasivas e brinquedos. [Imagem: Science/AAAS]

Músculo sarado

A capacidade do novo músculo artificial é surpreendente.

Ele pode levantar até 100.000 vezes o seu próprio peso e gerar 85 vezes mais energia mecânica durante sua contração do que um músculo humano.

Ele pode girar a até 11.500 rpm, e fez isto por mais de 2 milhões de ciclos de "enrola/desenrola" durante os experimentos.

"Os músculos artificiais que desenvolvemos podem fornecer contrações longas e ultrarápidas para levantar pesos 200 vezes mais pesados do que os que podem ser levantados por um músculo natural do mesmo tamanho," disse o Dr. Ray Baughman.

No experimento, os pesquisadores demonstraram uma densidade de potência de 4,2 kW/kg, o que é quatro vezes mais do que a relação peso-potência dos motores a combustão que equipam os automóveis.

Os músculos artificiais também são muito rápidos, com uma contração - ou um giro completo - ocorrendo em 25 milésimos de segundo.

Aplicações práticas

Como são essencialmente fibras, os novos músculos artificiais podem ser tecidos e costurados, o que abre a possibilidade de seu uso, por exemplo, em roupas inteligentes, cujas fibras se abram com o calor para aumentar o conforto térmico do usuário.

"Devido à sua simplicidade e alto desempenho, estas fibras musculares poderão ser usadas para diversas aplicações, como robôs, cateteres para cirurgias minimamente invasivas, micromotores, misturadores para circuitos microfluídicos, sistemas ópticos ajustáveis, microválvulas, posicionadores e até mesmo brinquedos," completou o Dr. Baughman.

Além de Márcio Lima, o trabalho contou com a participação de outros quatro brasileiros: Mônica Jung de Andrade, Douglas Galvão, Leonardo Machado e Alexandre Fonseca.

Bibliografia:

Electrically, Chemically, and Photonically Powered Torsional and Tensile Actuation of Hybrid Carbon Nanotube Yarn Muscles
Márcio D. Lima, Na Li, Mônica Jung de Andrade, Shaoli Fang, Jiyoung Oh, Geoffrey M. Spinks, Mikhail E. Kozlov, Carter S. Haines, Dongseok Suh, Javad Foroughi, Seon Jeong Kim, Yongsheng Chen, Taylor Ware, Min Kyoon Shin, Leonardo D. Machado, Alexandre F. Fonseca, John D. W. Madden, Walter E. Voit, Douglas S. Galvão, Ray H. Baughman
Science
Vol.: 338 - pp 928-932
DOI: 10.1126/science.1226762




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