Músculos artificiais que se passam por músculos humanos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/06/2022

Estas fibras podem ser usadas como estruturas musculares em robôs, mas aplicações humanas também estão em vista.
[Imagem: Penn State University/University of Texas at Austin]

Atuador muscular

Pesquisadores criaram um novo tipo de fibra que pode funcionar como um atuador muscular, um músculo artificial, em muitos aspectos superior às opções que existem hoje.

E, mais importante, essas fibras musculares são simples de fazer e reciclar.

Imitar os atuadores do corpo humano, mais especificamente as fibras que controlam o movimento muscular, levou a muitas inovações para melhorar a robótica e os membros protéticos, mas também beneficiou outras áreas, como a refrigeração e a geração de eletricidade.

O problema é que a criação desses atuadores normalmente envolve processos complexos e matérias-primas caras e difíceis de encontrar.

"Atuadores são qualquer material que mude ou se deforme sob qualquer estímulo externo, como partes de uma máquina que se contraem, dobram ou expandem," explicou o professor Robert Hickey, que desenvolveu as novas fibras com colegas das universidades Estadual da Pensilvânia e Texas. "E, para tecnologias como a robótica, precisamos desenvolver versões macias e leves desses materiais que possam atuar basicamente como músculos artificiais. Nosso trabalho é realmente encontrar uma nova maneira de fazer isso."

O processo de fabricação é simples e as fibras são facilmente recicláveis.
[Imagem: Chao Lang et al. - 10.1038/s41565-022-01133-0]

Músculo mecânico

A matéria-prima básica da nova fibra é conhecida como um copolímero em bloco. Para fabricá-la, basta colocar o copolímero em um solvente e depois adicionar água.

Uma parte do polímero é hidrofílica (atraída pela água), enquanto a outra parte é hidrofóbica (resistente à água). As partes hidrofóbicas do polímero se agrupam para se proteger da água, criando a estrutura da fibra.

Enquanto fibras musculares artificiais tipicamente requerem uma corrente elétrica para estimular seu movimento, aqui o que ocorre é uma reação mecânica, o que significa que as peças cuidam da maior parte do trabalho por si mesmas. Uma vantagem adicional é que é simples reverter o processo e devolver os pedaços da fibra aos seus estados originais, facilitando a reciclagem do material.

As fibras mostraram-se 75% mais eficientes em termos de conversão de energia em movimento, são capazes de lidar com 80% mais tensão e giram com mais velocidade e força - sempre em comparação com os melhores músculos artificiais atuais. E elas ainda podem esticar até mais de 900% do seu comprimento antes de se partir.

Como a descoberta das fibras foi feita por acaso - a equipe estava trabalhando em membranas para filtragem - o plano agora é tentar induzir mudanças estruturais no polímero para melhorar algumas das propriedades de atuação, incluindo densidade de energia e velocidade. A equipe também pretende usar a mesma técnica para criar atuadores que respondam a diferentes estímulos, como a luz.

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