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Ciência

Supermúsculo de carbono

Grupo de pesquisa internacional desenvolve uma estrutura capaz de reproduzir movimentos humanos, como levantar objetos, e de suportar até 100 mil vezes o próprio peso. Cinco cientistas brasileiros fazem parte da iniciativa

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postado em 17/11/2012 08:00 / atualizado em 16/11/2012 09:41

Músculos são fibras que, com o uso de uma determinada quantidade de energia, conseguem realizar movimentos como levantar objetos e girá-los. A maravilha criada pela natureza encontra agora um semelhante nas invenções humanas. Um grupo de pesquisa multidiciplinar internacional, com forte participação de brasileiros, conseguiu desenvolver uma espécie de músculo artificial. Um fio que, quando energizado, faz exatamente o mesmo que os músculos animais: movimentar objetos. A pesquisa está entre os destaques da edição de hoje da revista científica Science.

Os novos músculos artificiais desenvolvidos pelo grupo a partir de fios de nanotecnologia infundido com parafina podem levantar mais de 100 mil vezes o próprio peso e gerar 85 vezes mais energia mecânica durante a contração muscular do que uma estrutura natural com as mesmas dimensões, garantem os especialistas. “Os músculos artificiais que desenvolvemos podem fornecer grandes contrações e são ultrarrápidos para levantar pesos 200 vezes mais pesados do que o possível para um músculo natural do mesmo tamanho”, conta Ray Baughman, pesquisador do Instituto de Nanotecnologia de Dallas, que coordenou o estudo.

Para desenvolver essa tecnologia, os cientistas utilizaram os chamados nanotubos de carbono, que são cilindros ocos feitos a partir de uma estrutura semelhante ao grafeno — uma rede de átomos de carbono. Cada camada de nanotubo chega a ser 10 mil vezes mais fina que um fio de cabelo humano e até 100 vezes mais forte do que o aço. “Quando é aquecido, o fio encolhe. Por se tratar de um material extremamente resistente, ele é capaz de movimentar objetos pesados sem se partir”, explica Alexandre Fonseca, físico da Universidade Estadual Paulista (Unesp) e integrante do grupo de pesquisa.

Os cientistas criaram um sistema de torção dos fios e imersão em parafina. “Isso serve para potencializar o movimento. Como o sistema usa fios torcidos, podemos criar tanto movimentos verticais quanto círculos, o que permitiria, por exemplo, a construção de motores”, conta o pesquisador paulista. “Outro ponto importante da pesquisa é que os músculos de nanotubos funcionam com diversos tipos de energia, desde uma corrente elétrica até mesmo um feixe de luz direcionado”, completa Alexandre, que trabalhou no desenvolvimento de teorias sobre o porquê de a parafina potencializar a capacidade de movimento dos músculos.

Além de Alexandre, outros quatro especialistas brasileiros participam do estudo, dois da Universidade de Campinas (Unicamp) e dois, incluindo o primeiro autor do estudo, Márcio Lima, em atuação no Instituto de Nanotecnologia de Dallas. Parte do financiamento da pesquisa também veio do Brasil, com recursos da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e do Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Aplicação extensa
Muitas áreas, da robótica às indústrias de bens de consumo, poderiam se beneficiar da nova ferramenta, garantem os especialistas. “Por causa de sua simplicidade e da alta performance, esses músculos poderiam ser utilizados para diversas aplicações, como robôs, cateteres para cirurgia minimamente invasiva, micromotores, misturadores para circuitos microfluídicos, microválvulas, posicionadores e até mesmo brinquedos”, conta Ray Baughman.

O líder da pesquisa lembra, contudo, que, embora no futuro os músculos humanos possam ser beneficiados pelo estudo, isso não deve acontecer em um curto prazo. “Estamos animados sobre as possibilidades de aplicações, mas esses músculos artificiais são atualmente inadequados para substituir diretamente os músculos do corpo humano”, explica o norte-americano. Tanto a compatibilidade dos materiais como as formas de energia utilizadas pelo método precisam ser melhoradas.

A pesquisadora brasileira Mônica Andrade, do Instituto de Nanotecnologia de Dallas, explica que a tecnologia já estaria pronta para ser aplicada na indústria, sendo economicamente viável. “A parafina é um material de baixíssimo custo e, para que os músculos artificiais cheguem à indústria, precisaria que mais empresas produzissem os nanotubos de carbono”, conta Mônica, que ressalta, contudo, que essas estruturas são uma tecnologia relativamente recente. “No meio cientifico, os nanotubos têm apenas cerca de 20 anos. Agora, acabaram de chegar à fase de sair da escala laboratorial para a industrial. Ainda há poucas empresas no mercado e muito a ser explorado”, avalia.

Como uma das principais vantagens dos músculos artificiais é a capacidade de levantar uma quantidade muito grande de peso, eles devem ser aplicados inicialmente na indústria mais pesada. “Tendo em vista o alto desempenho em termos de atuação comparado ao peso desses atuadores, é possível, por exemplo, levantar cerca de 175 mil vezes o peso do músculo em apenas 30 milissegundos. Acredito que, em termos de aplicação, nossos atuadores devem atrair a indústria automobilística e a aeronáutica”, prevê a especialista brasileira.

Três perguntas para Mônica Andrade, pesquisadora do Instituto de Nanotecnologia de Dallas

Quais as principais  aplicações práticas no  futuro do músculo artificial  desenvolvido por vocês?

Entre as principais aplicações do músculo artificial que desenvolvemos, cabe destacar os motores (nossos atuadores geram um torque gravimétrico um pouco maior que aquele de grandes motores elétricos); as microválvulas; os aparatos médicos, como próteses externas ao corpo; a robótica; os microveículos aéreos ou marítimos; os sensores; os misturadores; as persianas que controlam a entrada de luz em um ambiente; os brinquedos e demais aplicações em que outros atuadores são utilizados atualmente.

A parafina tem um papel  importante no funcionamento dos músculos. Outros materiais também poderiam ser  combinados aos nanotubos?
Também reportamos isso no artigo da Science em um exemplo em que os nossos músculos artificiais de nanotubos de carbono utilizavam paládio em vez de parafina e podiam ser acionados por meio de variações de hidrogênio. Nesse caso, a aplicação poderia ser em algum tipo de válvula e/ou alarme para evitar o vazamento de hidrogênio.

Deve demorar para que  essa tecnologia chegue  efetivamente às pessoas?

As aplicações dos nossos músculos artificiais de nanotubos de carbono são tantas que, antes mesmo de o artigo sair, já estamos segurados com patente dado o seu grande potencial de logo ir ao mercado.

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