Nanorrobô industrial manipula nanotubos de carbono

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/08/2009

Em nanoescala, as forças intermoleculares entre os objetos são mais fortes do que a gravidade. Assim, não basta abrir a garra para que o nanotubo solte-se e vá para a posição desejada.
[Imagem: Cordis]

Os nanotubos de carbono, assim como uma série de outras nanoestruturas e nanofios, são interessantes e promissores para várias aplicações científicas e tecnológicas.

Mas o desenvolvimento de tecnologias envolvendo objetos nessas dimensões tem um grande problema: como manipular estruturas tão pequenas que não podem ser vistas nem mesmo com o melhor dos microscópios ópticos?

Nanorrobô industrial

Este é o desafio que está sendo enfrentado pelo projeto NanoHand (nanomão), uma equipe que reúne cientistas de 12 centros de pesquisas europeus e cujo objetivo é construir aquele que provavelmente será o primeiro nanorrobô industrial.

Os primeiros protótipos estão mais para uma nanogarra robótica do que para uma nanomão, o que é mais do que suficiente para pegar, manipular e posicionar nanotubos de carbono ou nanofios com enorme precisão.

O nanorrobô inteiro mede dois milímetros, o que inclui todo o seu aparato de fixação no interior de um microscópio eletrônico de varredura, essencial para que o operador possa acompanhar o que a garra robótica está fazendo. "O conjunto inteiro é integrado no interior da câmara de vácuo do microscópio," explica o Dr. Volkmar Eichhorn, coordenador do projeto.

Movimento eletrotermal

A garra do nanorrobô tem uma abertura de até 2 micrômetros, sendo capaz de segurar com precisão objetos com dimensões na escala das dezenas de nanômetros.

Nessa escala, não é possível, e nem necessário, usar motores ou molas para acionar a garra mecânica: ela funciona por um princípio eletrotermal, em que uma pequena corrente elétrica causa a contração e a expansão da garra, fazendo-a fechar e abrir como se fosse uma pinça.

Forças intermoleculares

Mas isto não é tudo. Em nanoescala, as forças intermoleculares entre os objetos são mais fortes do que a gravidade. Desta forma, não basta abrir a garra para que o nanotubo solte-se e vá para a posição desejada. Na verdade, ele ficará grudado na garra do robô e não se soltará até que uma força maior do que a que o segura faça-o desgrudar-se.

Os pesquisadores encontraram duas possíveis soluções para o problema, nenhuma das quais ligada à estrutura do próprio nanorrobô. A primeira delas consiste em colar o nanotubo na sua posição final usando um feixe de elétrons - depois de ter sua extremidade colada, a garra pode se abrir e deixar o nanotubo na posição.

A segunda solução é mais exigente quanto ao local de deposição mas mais simples de operar. O local onde o nanotubo de carbono será deixado deve ser construído com princípios geométricos que garantam que ele exerça uma força molecular maior do que a força que mantém o nanotubo preso à garra do robô.

Nanofábricas

"No mundo todo, nós fomos o primeiro grupo que realmente conseguiu fazer experimentos automatizados de pegar e soltar objetos em nanoescala," diz Eichhorn.

Além do robô propriamente dito, os pesquisadores tiveram que desenvolver um programa de computador capaz de controlar todo o aparato, criando uma estação de trabalho para o controle e operação do nanorrobô.

O próximo passo da pesquisa é integrar o nanorrobô em uma nanofábrica que seja capaz de fazer todo o trabalho, desde a seleção do nanotubo até a sua deposição nos experimentos, como em chips, por exemplo. Para saber mais, veja a reportagem Nano-linhas de produção começam a dar formas a nanofábricas.