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Robótica

Músculo artificial fica mais forte a cada uso

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/02/2019

Músculo artificial fica mais forte a cada uso
Academia para músculos artificiais: Eles também ficam mais fortes a cada uso.
[Imagem: Takahiro Matsuda et al. - 10.1126/science.aau9533]

Músculo biomimético

Quando você treina, realizando atividades físicas repetidamente, seus músculos tornam-se cada vez mais fortes.

Mas submeta um material feito pelo homem ao mesmo processo e ele vai sofrer fadiga - não o cansaço que você sente após treinar, mas um desgaste com rápida diminuição da resistência, que finalmente fará com que o material se quebre.

Agora, pesquisadores japoneses desenvolveram uma técnica que permite fabricar materiais que, assim como os músculos humanos, ficam mais fortes em resposta ao estresse mecânico.

Além de músculos artificiais para robôs e automação industrial, a técnica abre caminho para materiais duradouros que podem não apenas se adaptar, mas também se fortalecer com base nas condições de uso.

Hidrogel de rede dupla

Como resultado da atividade física, as fibras musculares humanas se quebram, estimulando a formação de fibras novas e mais fortes. Para que isso aconteça, os músculos consomem aminoácidos, os blocos de construção das proteínas, que se unem e formam as fibras musculares.

Takahiro Matsuda, da Universidade de Hokkaido, imitou esse processo usando hidrogéis de rede dupla, um material macio mas resistente, formado de cerca de 85% do seu peso de água e dois tipos de redes poliméricas: uma rede rígida e quebradiça, e outra macia e esticável.

O hidrogel de rede dupla foi mergulhado dentro de uma solução contendo moléculas, chamadas monômeros, que podem se unir para formar compostos maiores, chamados polímeros. Esta solução emula o papel do sangue circulante transportando aminoácidos para os músculos esqueléticos, diz Matsuda.

Quando uma força de tração (alongamento) é aplicada ao hidrogel, algumas de suas cadeias poliméricas rígidas e quebradiças de fato se quebram. Isso leva à geração de uma espécie química chamada "mecanorradical" nas extremidades das cadeias poliméricas quebradas. Esses mecanorradicais fazem com que monômeros absorvidos pelo hidrogel a partir da solução juntem-se numa rede polimérica, reforçando o material.

Com sucessivos alongamentos, mais cadeias se quebram e mais cadeias reforçadas se constroem, semelhante ao que acontece com os músculos esqueléticos submetidos ao treinamento de força.

Músculo artificial fica mais forte a cada uso
Esquema de fabricação do músculo artificial biomimético.
[Imagem: Takahiro Matsuda et al. - 10.1126/science.aau9533]

Exorroupas e exoesqueletos

Nos testes, a resistência do músculo artificial biomimético aumentou 1,5 vez, sua rigidez aumentou 23 vezes e o peso do polímero aumentou em 86%.

A equipe demonstrou ainda a versatilidade da técnica. Usando um monômero específico, que altera a reação do gel ao calor, foi possível programar como o material adapta sua resposta: aquecido a altas temperaturas, a superfície do gel tornou-se mais resistente à água.

Os pesquisadores afirmam que este novo material pode ajudar no desenvolvimento de equipamentos como exoesqueletos ou exorroupas flexíveis para pacientes com lesões esqueléticas. Essas roupas robotizadas se tornariam cada vez mais fortes e funcionais quanto mais fossem usadas.

"Como muitos tipos de géis de rede dupla possuem características mecânicas semelhantes, este processo pode ser aplicado a uma ampla gama de géis, expandindo a gama de aplicações potenciais," disse o professor Jian Gong.

Bibliografia:

Artigo: Mechanoresponsive self-growing hydrogels inspired by muscle training
Autores: Takahiro Matsuda, Runa Kawakami, Ryo Namba, Tasuku Nakajima, Jian Ping Gong
Revista: Science
Vol.: 363, Issue 6426, pp. 504-508
DOI: 10.1126/science.aau9533






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