Polímeros retorcidos criam músculos artificiais mais fortes do que os naturais

Músculos artificiais feitos pelo enrolamento de fibras de nylon. Espessuras (de cima para baixo): 2,45 mm, 860 μm, 280 μm e 150 μm (cada μm, ou micrometro, equivale a 0,001 mm). Crédito: Science/AAAS

 

 

 

Linhas de costura e pesca foram usadas no desenvolvimento de músculos artificiais que podem suportar pesos até 100 vezes maiores do que músculos humanos de mesmo comprimento e peso, afirma uma equipe de cientistas.

“A simplicidade é a beleza desta tecnologia”, disse Ray Baughman, especialista em química da Universidade do Texas em Dallas e líder do estudo, descrito na edição de 20 de fevereiro do periódico Science. Segundo o próprio Baughman, até mesmo estudantes de ensino médio poderão construir os artefatos do conforto dos seus lares.

Fazer um desses músculos artificiais é uma questão de torcer — normalmente com o uso de uma furadeira (berbequim) — linhas de pesca e costura, compostas por polímeros muito resistentes. O resultado da torção é um músculo fibroso capaz de mover um rotor pesado a uma velocidade de mais de 10 mil rotações por minuto.

Em situações de torção extrema, a fibra se enrola, como podemos verificar facilmente com um anel elástico. Enrolar a fibra na mesma direção da torção cria músculos que se contraem quando expostos ao calor e se expandem quando resfriados. Porém, caso as direções de enrolamento e torção sejam distintas, o calor provoca a expansão do músculo.

As aplicações da técnica podem abarcar dispositivos automáticos de abertura e fechamento de janelas para o controle da temperatura de um ambiente e vestimentas que permitam uma melhor evaporação do suor na superfície da pele (através da expansão das fibras) para a manutenção da temperatura do corpo. Os pesquisadores reportam que, além desses usos práticos, a tecnologia pode vir a aprimorar os movimentos dos membros de robôs, androides e exoesqueletos mecânicos, nos quais o calor, que provoca os efeitos de contração e relaxamento da fibra, pode ser substituído pelo estímulo elétrico:

“Os robôs humanoides, exoesqueletos ou membros protéticos atuais são mecanicamente primitivos”, observa Baughman, uma vez que dependem da energia provida por motores ou pela hidráulica, fazendo com que essas peças mecânicas sejam menos habilidosas do que uma mão humana, por exemplo.

Outros cientistas já haviam criado músculos artificiais a partir de ligas metálicas que “memorizam” seu formato original, voltando ao normal sempre que há uma reversão do estímulo que instiga a contração ou expansão da liga. No entanto, estes materiais, geralmente compostos de níquel e titânio, chegam a custar US$ 5 mil por quilograma. Existem, ainda, músculos feitos de fibras de carbono ocas, denominadas nanotubos de parede única (single-walled nanotubes — SWNTs), mas, novamente, seus custos são altos demais.

Aliás, foi o trabalho com SWNTs que levou Baughman e seus estudantes a pensarem na possibilidade de existência de um material com uma característica comum em relação aos nanotubos de carbono: a maioria das fibras destes seguem alinhadas pela extensão da linha, garantindo que, executado um estímulo elétrico que altera o comprimento de uma das fibras, as que estiverem ao seu redor seguirão a mesma tendência, provocando a expansão ou retração da linha. Os pesquisadores descobriram que polímeros plásticos, como os feitos de nylon, também possuem este alinhamento especial.

Os resultados do estudo surpreenderam. A aplicação do calor contraiu os fios de polímeros em pouco mais de 50% (em contraste, músculos naturais se contraem em cerca de 20%) e, extinta a fonte de calor, os fios retornaram ao comprimento original. Os materiais — cujos preços são estimados em pouco mais de US$ 5,00 — requeridos para a formação dos músculos artificiais podem ser obtidos nas prateleiras de lojas comuns.

Apesar de os músculos artificiais fibrosos ainda não conseguirem converter energia elétrica em mecânica com muita eficiência, Baughman ressalta não haver outra aplicação de desempenho tão bom quanto o dos músculos de polímeros enrolados.

Fontes: Science, LiveScience