Músculos artificiais que podem ser controlados pela luz
Químico desenvolve materiais inteligentes baseados em minúsculas máquinas moleculares
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Músculos robóticos que se contraem em resposta a um impulso de luz; ecrãs em forma de cubo nos quais podem ser vistas imagens tridimensionais de todas as direcções: O Prof. Dr. Henry Dube, da Universidade Friedrich-Alexander de Erlangen-Nuremberga (FAU), quer desenvolver, nos próximos quatro anos, materiais para aplicações completamente novas. Estes materiais baseiam-se em minúsculas máquinas moleculares, cada uma constituída por apenas algumas dezenas de átomos. O químico pretende combinar diferentes tipos destas máquinas em tecidos tridimensionais que permitem diferentes funções consoante o tipo e a disposição dos blocos de construção. O projeto está a ser financiado pela Fundação Volkswagen com mais de 900 mil euros.
A ideia de Dube não é tão exótica como parece: Em todos os seres vivos, estão a trabalhar inúmeras máquinas moleculares, cada uma delas especializada em tarefas específicas. Os músculos, por exemplo, são constituídos por proteínas que se deslocam umas ao lado das outras em movimentos semelhantes a um puxão, provocando o encurtamento do músculo. "Há já algum tempo que temos vindo a desenvolver moléculas que, em princípio, permitem funções semelhantes", explica o cientista, que desde 2020 dirige a Cátedra de Química Orgânica I da FAU. No entanto, geralmente têm uma estrutura completamente diferente das suas contrapartes naturais e são também muito mais pequenas.
Por exemplo, as minúsculas rodas dentadas, que consistem em apenas algumas dezenas de átomos e podem ser agrupadas para formar engrenagens. Dube também já construiu nano-motores ou pinças que podem agarrar os objectos mais pequenos. No projeto da Fundação Volkswagen, quer agora dar um passo em frente. Inúmeras "moléculas de tração" estão ligadas em série num músculo. Além disso, são agrupadas centenas de milhares de vezes para que possam desenvolver uma força suficiente em conjunto. "Também queremos produzir tecidos tridimensionais nos quais ligamos numerosas máquinas moleculares de acordo com regras definidas", diz o químico. "Dependendo dos diferentes tipos de blocos de construção que combinamos nestes polímeros, podemos criar materiais inteligentes para uma grande variedade de aplicações".
Materiais cujas propriedades podem ser programadas com luz
Desta forma, deverá ser possível, por exemplo, produzir músculos artificiais para novos tipos de robots. Ao contrário dos seus homólogos naturais, estes não serão controlados por impulsos de tensão, mas sim por luz. "Muitas das nanomáquinas que usamos mudam de forma quando expostas à luz", diz Dube. "Isto permite-nos desencadear movimentos, por exemplo." Muitas vezes, esta mudança de forma também faz com que assumam uma cor diferente. Desta forma, por exemplo, podem ser produzidos ecrãs semelhantes a cubos nos quais podem ser escritas imagens tridimensionais. Estas podem ser vistas de todas as direcções e - ao contrário das gravações a laser em vidro - podem ser facilmente apagadas.
"Estamos também a planear produzir materiais cujas propriedades possam ser programadas", explica o químico. "Por exemplo, podem tornar-se sólidos quando expostos à luz azul e elásticos quando expostos à luz vermelha". Seria mesmo possível construir um braço de pinça que só se tornasse elástico durante um curto período de tempo e num ponto definido, podendo ser dobrado nesse ponto.
Território científico inexplorado
Dube está a desbravar novos caminhos com o seu projeto. A Fundação Volkswagen está a financiá-lo no âmbito do seu programa Momentum. Este programa destina-se a cientistas que só recentemente assumiram um cargo de professor e querem expandir os seus conhecimentos para um novo domínio. "Como químicos orgânicos, trabalhamos normalmente com moléculas individuais", afirma. "No entanto, com as nossas ideias, estamos a avançar para a ciência dos materiais - um domínio que exige conhecimentos completamente diferentes." Por isso, vai utilizar os fundos da fundação para financiar pós-doutorados que tenham os conhecimentos necessários precisamente nesta área. "Estou absolutamente otimista de que seremos capazes de concretizar as nossas ideias desta forma".
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