Forma

Eletrônicos que podem dobrar, esticar e reparar sozinhos podem funcionar em aplicações que vão desde robôs mais resistentes até roupas inteligentes

As máquinas que mudam de forma são há muito tempo um elemento básico da ficção científica – por um bom motivo. Considere o poder da vilã máquina de matar no filme Terminator 2: Judgment Day, de 1991. Quando o metal líquido T-1000 chega, os heróis rapidamente percebem que têm dois grandes problemas: primeiro, seu inimigo pode se transformar, transformando apêndices de aparência humana em lâminas mortais. Em segundo lugar, fazer buracos na máquina mal a desacelera; ele pode se curar!

Máquinas de autocura já estão entre nós. É claro que a realidade não corresponde exatamente à do T-1000, mas os cientistas descobriram que as duas capacidades da máquina fictícia estão intimamente relacionadas. “A ciência fundamental que dá origem aos materiais autocuráveis ​​é o mesmo comportamento que lhes permite mudar de forma”, diz Zhenan Bao, engenheiro químico da Universidade de Stanford. E nos últimos meses, os cientistas desenvolveram uma nova variedade de materiais com capacidade de curar e mudar a sua forma – entre outras habilidades. Os pesquisadores usaram essas substâncias para construir novos tipos de eletrônicos com aplicações em robótica, interfaces bioeletrônicas, dispositivos vestíveis e displays avançados. Estas máquinas também poderiam ser mais ecológicas do que aquelas feitas de materiais tradicionais, como silício e metal.

A ciência dos materiais autocurativos remonta a quase dois séculos, mas realmente decolou na década de 1970. Foi então que os investigadores começaram a estudar o potencial de autocura dos polímeros – moléculas grandes que consistem em partes repetidas, da mesma forma que uma cadeia é composta de elos. A composição da cadeia polimérica principal de uma molécula, ou “espinha dorsal”, determina uma série de propriedades, incluindo a resistência ou elasticidade da molécula. Alguns polímeros curáveis ​​requerem um gatilho, como a exposição a uma determinada temperatura, luz ou pressão, para reconstituir as ligações quebradas. Outros curam espontaneamente. Esses polímeros “dinâmicos” usam ligações moleculares mais fracas do que as das moléculas mais estáveis. Por exemplo, muitos materiais dinâmicos são mantidos juntos por ligações de hidrogênio, nas quais átomos de hidrogênio carregados positivamente atraem outros átomos carregados negativamente. “O que há de bom nas ligações de hidrogênio é que elas são espontâneas”, diz Carmel Majidi, engenheiro mecânico da Universidade Carnegie Mellon. “Você não precisa derreter ou aquecer os materiais; eles apenas formam esses laços após o contato.”

Ligações fracas conferem a esses materiais propriedades interessantes. “Parece um sólido. E se você esticá-lo muito rapidamente, ele quebra como um sólido. Mas se você segurar, ele pinga como um líquido”, diz Bao. “As moléculas não estão fixas no lugar, então essas redes poliméricas estão continuamente se formando e se dissociando.” Essa promiscuidade é o que permite a autocura. “Quando danificamos o material, as ligações se rompem. Mas quando você junta as peças, essas ligações de hidrogênio se formam muito rapidamente e o material recupera suas propriedades mecânicas”, diz Bao.

O mesmo princípio está subjacente à eletrônica extensível. “Essas ligações dinâmicas nos permitem esticar o material até centenas de vezes seu tamanho original porque as ligações podem quebrar e reformar”, diz Bao. O uso de vários tipos de ligações, com diferentes resistências, produz materiais flexíveis e resistentes.

No entanto, os materiais precisam de outras propriedades para uso em eletrônica. Primeiro, eles precisam ser bons condutores. A maioria dos polímeros são isolantes, entretanto. Uma solução é adicionar partículas metálicas, nanofios ou nanotubos de carbono a um polímero para tornar o material extensível condutor. Bao e seus colegas usaram essas abordagens para construir “peles eletrônicas” autocurativas que se adaptam ao corpo e são capazes de detectar pressão e tensão e medir a frequência cardíaca.

Outra solução são os metais líquidos. Num estudo publicado no início deste ano, Majidi e seus colegas introduziram microgotículas de liga líquida em um gel de polímero pontilhado com flocos de prata. O material resultante era extensível, autocurativo e condutor o suficiente para alimentar o motor de um robô macio. “O objetivo final é construir sistemas eletrônicos e robóticos que abranjam todas as propriedades dos tecidos biológicos”, diz Majidi, “não apenas em termos de funcionalidade, mas também de resiliência e autocura”.