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Montagem das rodas em segundos: assim que um campo elétrico não uniforme é ligado, o chassi de um microveículo puxa suas próprias rodas para dentro dos compartimentos das rodas. Depois de pouco mais de um segundo, todas as rodas estão no lugar. © MPI para Sistemas Inteligentes / Nature Materials 2019
No futuro, os projetistas de micromáquinas poderão utilizar um novo efeito. Uma equipe liderada por pesquisadores do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, em Stuttgart, apresentou um conceito que permite que os componentes de microveículos, microrotores e microbombas se montem em um campo elétrico. O novo conceito pode ajudar a construir microrobôs médicos para uso no corpo humano ou para encaixar dispositivos de laboratório em um microchip.
Com aproximadamente metade da espessura de um fio de cabelo humano, os microveículos poderão, no futuro, fornecer medicamentos diretamente à fonte da doença, ajudar no diagnóstico e levar a cirurgia minimamente invasiva ao próximo nível. No entanto, a miniaturização também é de interesse para laboratórios médicos, biológicos e químicos. Com um laboratório com microchip, análises químicas médicas ou ambientais que atualmente exigem uma sala cheia de equipamentos também podem ser realizadas em trânsito.
Para que um microveículo possa montar suas próprias rodas, seu chassi deve ser projetado de forma que um campo não uniforme faça com que sejam puxados em direção aos sacos de rodas. Um computador pode calcular como o componente influencia o campo elétrico. © MPI para Sistemas Inteligentes / Nature Materials 2019
Os pesquisadores há muito confiam em métodos para construir máquinas minúsculas que dependem de componentes que se encontram: partículas magnéticas que se unem em um campo magnético, por exemplo, ou componentes que se acoplam uns aos outros graças a reações químicas. Eles agora têm um princípio adicional para a automontagem de micromáquinas em sua caixa de ferramentas. Cientistas que trabalham sob a orientação de Metin Sitti, Diretor do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, conseguem isso usando “dieletroforese”. Isto envolve um campo eléctrico de intensidade variável que polariza uma estrutura de plástico electricamente isolante juntamente com outros componentes de plástico ou vidro de quartzo. Os componentes polarizados, por sua vez, modificam o campo elétrico não uniforme. Isso depende de sua forma e pode ser teoricamente modelado por um computador. “Se mudarmos a forma dos componentes, podemos controlar como os componentes se atraem”, explica Yunus Alapan, que foi fundamental no desenvolvimento do conceito. Ao projetar cuidadosamente os componentes, forma-se um campo no qual as peças se posicionam precisamente lado a lado, conforme necessário para a construção.
Um microveículo automontado com propulsão magnética
A técnica permitiu aos pesquisadores projetar um microveículo com chassi não magnético e esferas magnéticas como rodas. “Projetamos o chassi com cavidades nas rodas porque, estruturalmente, isso gera forças ideais para atrair as rodas magnéticas”, diz Alapan. “Poucos segundos depois de ligarmos o campo elétrico, as rodas foram colocadas nos sacos de rodas.”
Como as micropartículas que funcionam como rodas do veículo são magnéticas, o veículo pode ser impulsionado por um campo magnético rotativo. © MPI para Sistemas Inteligentes / Nature Materials 2019
Para que o veículo se mova, as rodas precisam poder girar livremente. E esta é precisamente uma das vantagens da abordagem seguida pelos investigadores de Estugarda. “Os componentes das nossas micromáquinas não estão firmemente ligados”, diz Berk Yigit, que esteve envolvido na investigação do seu doutoramento. “Em vez de formar conexões rígidas, cada parte pode se mover de forma independente.” Os pesquisadores conseguiram, portanto, acionar o microveículo por meio de um campo magnético rotativo que, da mesma forma, girava as rodas.
Utilizando o conceito de automontagem dieletroforética, os cientistas de Stuttgart conseguiram montar muitos outros tipos de micromáquinas, incluindo uma microbomba que poderia ser implantada em um laboratório em um chip. Eles também projetaram máquinas que se montam a partir de vários componentes maiores e menores em uma estrutura mais complexa. E, usando o campo elétrico, reposicionaram uma microesfera, para formar uma espécie de carrinho bate-bate miniaturizado. Em uma posição eles poderiam impulsionar o veículo, enquanto em outras duas poderiam girá-lo para a esquerda ou para a direita. “Micromáquinas com alto grau de mobilidade poderão, no futuro, ser usadas para fornecer medicamentos para manipular células individuais – atualmente, construir máquinas deste tamanho é um enorme desafio”, diz Metin Sitti. “Nossa nova abordagem tem o potencial de reduzir a complexidade dessa construção.”
Referência: “Montagem dinâmica codificada por forma de micromáquinas móveis” por Yunus Alapan, Berk Yigit, Onur Beker, Ahmet F. Demirörs e Metin Sitti, 24 de junho de 2019, Materiais da Natureza.
DOI: 10.1038/s41563-019-0407-3