Primeiro passo rumo a robôs do tamanho de células

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Os exoesqueletos das nanomáquinas estão prontos - falta agora colocar carga útil a bordo. [Imagem: Marc Miskin/Cornell University]

Robôs de tamanho celular

Uma equipe da Universidade de Cornell, nos EUA, criou um exoesqueleto em escala microscópica que pode mudar rapidamente de forma ao detectar mudanças químicas ou térmicas em seu ambiente.

Uma vez equipadas com cargas eletrônicas, fotônicas e químicas - algo que ainda não foi feito - essas máquinas em microescala poderão se tornar uma plataforma para a robótica na escala de tamanho dos microrganismos biológicos.

"É um primeiro passo em direção aos robôs de tamanho celular," disse o pesquisador Marc Miskin citando como possibilidades máquinas de dimensões celulares que mudam de formato, conduzem eletricidade e fazem sensoriamento ambiental.

"Nós estamos tentando construir o que você pode chamar de 'exoesqueleto' para a eletrônica," disse seu colega Paul McEuen. "Hoje, você já pode fazer pequenos chips de computador que fazem um bocado de processamento de informações... mas eles não sabem como se mover ou fazer com que algo se dobre".

"Você pode colocar o poder computacional da nave espacial Voyager em um objeto do tamanho de uma célula. A partir daí, aonde você vai para fazer explorações?" ajuntou Itai Cohen, membro da equipe.

Bimorfo

Bem, vamos aos fatos.

O exoesqueleto microscópico consiste em estruturas que se movem usando um mecanismo chamado bimorfo. Um bimorfo é formado pela junção de dois materiais - neste caso, grafeno e vidro - que se dobram sob a ação de um estímulo como calor, uma reação química ou uma tensão elétrica.

A mudança de forma ocorre porque, no caso do calor, dois materiais com diferentes respostas térmicas expandem-se em diferentes extensões devido à mesma mudança de temperatura. Como consequência, o bimorfo se curva para aliviar a tensão, permitindo que uma camada se alongue mais do que a outra.

No caso do grafeno e do vidro, os bimorfos também se dobram em resposta a estímulos químicos, conduzindo íons para o vidro, fazendo com que ele se expanda. Normalmente essa atividade química ocorre apenas na borda externa do vidro submerso em água ou algum outro fluido iônico. Como os bimorfos têm apenas alguns nanômetros de espessura, o vidro é basicamente todo borda externa, o que o torna particularmente reativo.

Adicionando painéis planos e rígidos, que não podem ser dobrados pelos bimorfos, os pesquisadores conseguiram fazer com que a flexão ocorra apenas em locais específicos, criando dobras. Com este conceito, eles criaram uma variedade de estruturas dobráveis, de tetraedros (pirâmides triangulares) até cubos.

Enchendo a casca

Os bimorfos são fabricados usando deposição de camada atômica, "pintando" quimicamente camadas atômicas de dióxido de silício (vidro) sobre alumínio. A seguir, uma camada de grafeno é depositada por via úmida na parte superior do vidro.

Uma das nanomáquinas foi descrita pela equipe como sendo "três vezes maior do que um glóbulo vermelho e três vezes menor do que um neurônio grande" quando dobrada.

Falta agora embutir uma carga útil - eletrônica, química ou fotônica - nos exoesqueletos para que eles cumpram as promessas feitas pela equipe.

Bibliografia:

Graphene-based bimorphs for micron-sized, autonomous origami machines
Marc Z. Miskin, Kyle J. Dorsey, Baris Bircan, Yimo Han, David A. Muller, Paul L. McEuen, Itai Cohen
Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI: 10.1073/pnas.1712889115