Pele artificial criada por cientistas nos EUA reage ao calor e ao frio

Cientistas dos EUA criam pele artificial com molécula presente nas geleias e inspirados em como as cobras percebem a aproximação das presas. A solução poderá ser usada para melhorar a reatividade de robôs e em próteses médicas

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postado em 20/02/2017 08:00 / atualizado em 20/02/2017 11:22

Caltech/Divulgação
 

Algumas espécies de cobra conseguem sentir a presença da presa pela temperatura. Por meio de um sistema termossensível localizado na cabeça, elas percebem diferentes intensidades de calor e a distância da emissão irradiada por animais de sangue quente, como os mamíferos. Um grupo de engenheiros e cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Calthec), nos Estados Unidos, desenvolveu uma pele artificial usando os mesmos princípios, hidrogel e uma substância presente na parede celular de plantas e em geleias. Detalhada neste mês na revista Science Robotics, a solução poderá aperfeiçoar tarefas executadas por robôs e intervenções médicas.

A pele é um dos órgãos sensoriais mais importantes do corpo humano, desempenhando papel essencial na interação com o ambiente. Luca Bonanomi, um dos autores do artigo, explica que, quando ocorre dano a esse órgão, como uma queimadura mais profunda, a capacidade de detecção de calor é reduzida ou até mesmo completamente perdida. “O desafio por trás da engenharia de peles eletrônicas artificiais é restaurar, em próteses, a sensação de pressão, contato e temperatura, a fim de permitir uma melhor interação com o mundo”. As peles eletrônicas que imitam a humana também são de interesse da robótica, ressalta Bonanomi, uma vez que um material sensível à temperatura pode permitir aos robôs distinguirem se estão interagindo com seres humanos ou com outras máquinas.

A ideia de fazer pele artificial veio de outro projeto liderado por Chiara Daraio, autora principal do artigo e doutoranda em ciência dos materiais e engenharia pela Universidade da Califórnia, San Diego, também nos Estados Unidos. O grupo de pesquisadores começou tentando criar madeira sintética. No meio dos experimentos, perceberam que os componentes da madeira respondiam eletricamente a alterações de tempera-tura. Curiosos com o fato, descobriram o componente que interagia com as mudanças. Era a pectina, molécula muito usada pela indústria alimentícia para produzir geleias e um dos principais componentes da parede celular de plantas.

Seguindo o novo caminho, os investigadores decidiram desenvolver películas de hidrogel com pectina. O hidrogel tem mais de 90% de água em sua composição e a maleabilidade como um dos principais atributos. De acordo com Adriana Del Monaco de Maria, professora de engenharia biomédica da Pontifícia Universidade Católica de São Paulo, o uso desse material para aplicação em peles artificiais é inédito. “A escolha do hidrogel é a grande sacada desse projeto. De origem natural, com um comportamento bem específico, reprodutível e um processo simples de fabricação”, ressalta a especialista, que não participou do estudo.

 Ligações cruzadas


A película elaborada pela Calthec identifica a temperatura usando mecanismos semelhantes ao sistema termossensível das cobras. O órgão natural tem duas cavidades e, no fundo delas, existem membranas com várias fibras nervosas que podem detectar calor e enviar sinais elétricos ao cérebro do animal. Nas membranas celulares das fibras nervosas, há canais iônicos que se expandem à medida que a temperatura aumenta. Essa dilatação permite que os íons de cálcio fluam, desencadeando impulsos elétricos.

Na solução sintética, ocorre algo parecido, pois células vegetais também apresentam uma receptividade muito elevada em grandes intervalos de temperatura. Isso acontece porque a pectina tem um comportamento que faz ligações cruzadas entre as suas cadeias de moléculas, ou seja, várias moléculas se ligam umas às outras, conforme a temperatura. Entre essas ligações, existem íons de cálcio preso. Se há calor, as ligações diminuem e a molécula libera os íons de cálcio. O material responde de maneira previsível: quanto mais aumenta a temperatura, mais íons são liberados.

 

Simplicidade


Segundo os criadores, a pele artificial poderá ser introduzida em próteses para restaurar a sensibilidade em pessoas que tiveram algum membro do corpo amputado. Há também a possibilidade de uso em bandagens de primeiros socorros, a fim de alertar profissionais de saúde sobre um aumento de temperatura — sinal importante de ocorrência de infecção — em feridas.

Segundo Adriana Del Monaco de Maria, existem biomodelos com outros tipos de sensores, porém de tecnologia e eletrônica mais complexas. “As aplicações dessa pele no revestimento de próteses com essa sensibilidade abre caminho para o desenvolvimento de outros tipos de sensores mais simples. Dessa forma, damos mais um passo em direção à elaboração de dispositivos cada vez mais próximos dos naturais”, aposta.

Luca Bonanomi ressalta que o potencial da pele artificial não se limita ao uso médico. “Em nosso trabalho, focamos na fabricação de uma camada que possa medir a temperatura. O filme é flexível, fino e pode ser incorporado em diversas arquiteturas”, explica. Entre as aplicações mais simples previstas, estão sensores de temperatura portáteis para esportes radicais, como montanhismo e mergulho em água fria, e para profissões que dependem da percepção de calor intenso, como bombeiros e soldadores.

As películas sensíveis também têm potencial para o mapeamento de temperatura em dispositivos eletrônicos ou baterias. Contudo, até agora, conseguem detectar apenas pequenas variações, entre 5ºC e 50ºC, faixa já útil para a robótica e aplicações biomédicas. A equipe de cientistas tem a intenção de aumentar o limite de sensibilidade para até 90ºC. Assim, tornaria a solução útil para aplicações industriais, por exemplo. Para que isso aconteça, porém, o grupo precisará adaptar o processo usado. Isso porque a fabricação atual leva água, que evapora em alta temperatura.


* Estagiária sob a supervisão    de Carmen Souza

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