Fibras enroladas em espiral, feitas com fios de polietileno com diâmetros cada vez mais grossos SCIENCE/AAAS
Investigadores usaram mecânica para criar fibras com capacidade de contracção como os músculos. Aplicação pode servir para a robótica, o têxtil ou para abrir e fechar janelas.
Torcer e enrolar até fazer espirais, foi esta a técnica utilizada por Carter Haines, da Universidade do Texas, e colegas, para produzir músculos a partir das comuns (e baratas) linhas de pesca. As propriedades de contracção deste material — polietileno, um polímero feito à base de petróleo, que é transparente — são descritas num artigo da edição de hoje da revista Science. Com estas linhas de pesca é possível imaginar robôs com músculos mais fortes do que os humanos. No laboratório, os cientistas já demonstraram aplicações mais simples, como janelas que se abrem e fecham consoante a temperatura.
O que os cientistas fizeram repete, em certa medida, o sistema usado nos aviões de brincar em que um elástico de borracha está preso à hélice do avião. Torce-se várias vezes este elástico, atira-se o avião e o elástico vai destorcendo rapidamente, acelerando o movimento da hélice, e mantendo o avião no ar. A equipa fez o mesmo, mecanicamente, com a fibra de polietileno. Torceu continuamente o fio. Depois, os investigadores passaram a enrolar o fio torcido que começou a criar uma espiral, ficando com a forma dos fios em espiral que ligam o auscultador dos telefones fixos ao próprio telefone.
Foi com este novo fio em espiral que os cientistas trabalharam. Segundo o estudo, um fio de polietileno com um diâmetro dez vezes maior do que o de um cabelo humano produz um fio enrolado capaz de levantar 7,25 quilos.
Mas como é que funciona este sistema, e porque é que se considera que o fio enrolado em forma de espiral é um músculo? A resposta está ligada à temperatura. Quando a temperatura sobe 220 graus, o diâmetro das fibras aumenta, o que obriga as fibras a contraírem-se, tal como os músculos. Esta contracção é apenas de 4% no caso de a fibra não estar torcida, mas depois do processo mecânico que a equipa aplicou, a contracção passa para 34%.
Nos vídeos disponibilizados pela equipa, vê-se a fibra enrolada levantar um peso quando está a ser aquecida por uma espécie de secador, e voltar ao estado normal quando se desliga o aquecedor, mostrando que a contracção é reversível. Os cientistas também demonstraram que podem obter o resultado oposto com o aquecimento. Ou seja, conseguem fazer com que a fibra, submetida ao calor, se distenda em vez de se contrair. Para isso, bastou, depois de torcerem a fibra original, enrolarem-na numa espiral na direcção oposta à que foi feita a torção.
“As oportunidades de aplicação para este músculo de polímeros são vastas”, diz Ray Baughman, também da Universidade do Texas, investigador sénior da equipa com cientistas de vários países. “Hoje, a maioria dos robôs humanóides avançados, dos membros prostéticos e dos exosqueletos que são usados estão limitados por motores, por sistemas hidráulicos, cujo tamanho e peso restringem a destreza, a força gerada e as suas capacidades de trabalho.”
Segundo Ray Baughman, estes novos músculos poderão ser utilizados para aplicações que requerem força sobre-humana como robôs ou exosqueletos. Uma centena destas fibras a trabalharem em conjunto, o que corresponde à um músculo, poderia levantar 800 quilos, adianta o cientista. Por oposição, uma única fibra com um diâmetro menor do que o do cabelo humano poderá ajudar a reproduzir as expressões faciais humanas em robôs.
Algumas das aplicações foram testadas já no laboratório, como um tecido que contrai e se dilata, explica Carter Haines: “Tecemos tecidos a partir dos músculos de polímeros cujos poros abrem e fecham com mudanças de temperaturas. Isto oferece, no futuro, a possibilidade de haver roupas ajustáveis [à temperatura].” Outra experiência foi a janela cuja abertura e fecho é controlada pela contracção e distensão de uma fibra. Uma aplicação que pode servir para as estufas de plantas, e que responde à temperatura ambiente, evitando a necessidade de gastos em electricidade ou em motores.
Segundo um comentário a este estudo, escrito por Jinkai Yuan e Philippe Poulin, dois investigadores da Universidade de Bordéus, a tecnologia parece ter futuro: “A robustez, a disponibilidade comercial e o baixo custo dos materiais usados permitem que o conceito seja integrado rapidamente em aplicações modernas.”
fonte: Público
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