Músculos artificiais de nanotubos de carbono

Detalhes bibliográficos
Principais autores:	Mônica Jung de Andrade, Márcio D. Lima, Na Li, Shaoli Fang, Jiyoung Oh, Geoffrey M. Spinks, Mikhail E. Kozlov, Carter S. Haines, Dongseok Suh, Javad Foroughi, Seon Jeong Kim, Yongsheng Chen, Taylor Ware, Min Kyoon Shin, Leonardo D. Machado, Alexandre F. Fonseca, John D. W. Madden, Walter E. Voit, Douglas S. Galvão, Ray H. Baughman
Formato:	Online
Publicado em:	2013
Assuntos:	Músculo Nanotecnologia Tecidos inteligentes
Acesso em linha:	https://canalciencia.ibict.br/ciencia-em-sintese/artigo?item_id=25151

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abstract	A pesquisa destaca os nanotubos de carbono, estruturas formadas por átomos de carbono em formato cilíndrico oco, cujas parede tem espessura de um átomo.
coverage	As fibras de nanotubos de carbono com parafina podem ser usadas para criar músculos artificiais. Essa tecnologia, se comparada a outras atuais, destaca-se por ser ativada mediante variações de temperaturas, pulsos elétricos ou de luz. Além disso, conforme o tamanho da cadeia de carbono de parafina, são escolhidos o tipo e a intensidade de estímulo necessário para que esse se movimente. Além disso, a adição de outros materiais como o paládio, por exemplo, pode fazer com que essas fibras sejam estimuladas quando expostas a certas substâncias químicas, neste caso, o gás de hidrogênio, mantendo a sua eficiência em diferentes temperaturas. Do ponto de vista da tecnologia e inovação, as principais aplicações do "músculo artificial” são: - robótica; - construção de exoesqueletos (aparelhos de sustentação externo ao corpo que facilitam a mobilidade de pessoas com dificuldade de locomoção); - instrumentos médicos (ex.: micro pinças para cirurgias delicadas); - persianas que se fecham sozinhas quando a temperatura ambiente aumenta - tecidos inteligentes, cujos poros variam de tamanho de acordo com a temperatura do corpo (podendo ser utilizado em roupas protetoras de fogo ou uniformes de atletas); - sensores; - válvulas de carros, que os tormam mais leves e, assim, gastam menos combustível; - motores mais leves (nanotubos de carbono com parafina geram um torque gravimétrico um pouco maior que aqueles de grandes motores elétricos). A nanotecnologia é o estudo de objetos de tamanhos próximos ao tamanho de moléculas ou mesmo ao de átomos. O termo nano designa a unidade de medida conhecida como nanômetros, o que significa um metro dividido por 1.000.000.000 (1 bilhão). Nessa dimensão, as propriedades dos materiais são diferentes se comparadas com materiais de tamanhos visíveis a olho nu. Os materiais nanoestruturados são objetos de estudo da nanociência e da nanotecnologia. Dentre eles, destacam-se os nanotubos de carbono, estruturas formadas por átomos de carbono em formato cilíndrico oco, cujas parede tem espessura de um átomo. Devido as suas dimensões ínfimas, os nanotubos de carbono possuem muitas aplicações tecnológicas. Uma dessas aplicações vem sendo desenvolvidas pela pesquisadora Mônica Jung de Andrade, em parceria com instituições brasileiras e dos Estados Unidos da América, China, Austrália, Coreia do Sul e Canadá, e consiste na produção de atuadores, um tipo de músculo artificial, que podem ser utilizados desde em tecidos inteligentes, tecidos que responde a um determinado estímulo, até em nanorrobôs, promessa da nanomedicina como alternativa de tratamento e diagnóstico de doenças. 0251_Fig1.jpg 0251_Fig2.jpg 0251_Fig3.jpg Fibras compostas por nanotubos de carbono, submetidas a estímulos térmicos, elétricos, eletrotérmicos ou de luz, em ambiente com ausência de oxigênio, respondem com alteração da forma original que pode ser a expansão do seu diâmetro que poderá levar ao encurtamento ou movimento de rotação da fibra. Essas alterações de forma e movimentos da fibra, chamadas de atuação, podem ser amplificadas e realizadas a baixas temperaturas ou na presença de oxigênio, se for adicionado a elas outros materiais que apresentam mudança de volume com estímulos diversos (físicos ou químicos). Por exemplo, se adicionar cera de parafina – a mesma usada em velas – nas fibras de nanotubos, a atuação chega a aumentar em até 10 vezes. Conforme o material usado para amplificar a atuação e o tipo de estímulo, a intensidade da atuação pode variar. As fibras de nanotubos híbridas, aquelas que são misturadas com material amplificador, apresentam energia mecânica 85 vezes maior que uma fibra muscular natural. Isso significa que a fibra artificial consegue levantar 100.000 vezes seu próprio peso e produzir 11.500 movimentos completos por minuto sem que haja deformação da fibra. Ao contrário de outras fibras musculares artificiais que já são comercializadas, como o nitinol (liga metálica de níquel e titânio), cujo desempenho decai com o tempo, foi observado que as fibras de nanotubos com parafina retornam ao seu estado inicial, sem deformação, quando cessado o estímulo, mesmo após muitas repetições. Essas fibras mantiveram seu desempenho por mais de 2 milhões de movimentos. 0251_Fig4.jpg 0251_Fig7.jpg Fig6.jpg
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Além disso, conforme o tamanho da cadeia de carbono de parafina, são escolhidos o tipo e a intensidade de estímulo necessário para que esse se movimente. Além disso, a adição de outros materiais como o paládio, por exemplo, pode fazer com que essas fibras sejam estimuladas quando expostas a certas substâncias químicas, neste caso, o gás de hidrogênio, mantendo a sua eficiência em diferentes temperaturas. Do ponto de vista da tecnologia e inovação, as principais aplicações do "músculo artificial” são: - robótica; - construção de exoesqueletos (aparelhos de sustentação externo ao corpo que facilitam a mobilidade de pessoas com dificuldade de locomoção); - instrumentos médicos (ex.: micro pinças para cirurgias delicadas); - persianas que se fecham sozinhas quando a temperatura ambiente aumenta - tecidos inteligentes, cujos poros variam de tamanho de acordo com a temperatura do corpo (podendo ser utilizado em roupas protetoras de fogo ou uniformes de atletas); - sensores; - válvulas de carros, que os tormam mais leves e, assim, gastam menos combustível; - motores mais leves (nanotubos de carbono com parafina geram um torque gravimétrico um pouco maior que aqueles de grandes motores elétricos). A nanotecnologia é o estudo de objetos de tamanhos próximos ao tamanho de moléculas ou mesmo ao de átomos. O termo nano designa a unidade de medida conhecida como nanômetros, o que significa um metro dividido por 1.000.000.000 (1 bilhão). Nessa dimensão, as propriedades dos materiais são diferentes se comparadas com materiais de tamanhos visíveis a olho nu. Os materiais nanoestruturados são objetos de estudo da nanociência e da nanotecnologia. Dentre eles, destacam-se os nanotubos de carbono, estruturas formadas por átomos de carbono em formato cilíndrico oco, cujas parede tem espessura de um átomo. Devido as suas dimensões ínfimas, os nanotubos de carbono possuem muitas aplicações tecnológicas. Uma dessas aplicações vem sendo desenvolvidas pela pesquisadora Mônica Jung de Andrade, em parceria com instituições brasileiras e dos Estados Unidos da América, China, Austrália, Coreia do Sul e Canadá, e consiste na produção de atuadores, um tipo de músculo artificial, que podem ser utilizados desde em tecidos inteligentes, tecidos que responde a um determinado estímulo, até em nanorrobôs, promessa da nanomedicina como alternativa de tratamento e diagnóstico de doenças. 0251_Fig1.jpg 0251_Fig2.jpg 0251_Fig3.jpg Fibras compostas por nanotubos de carbono, submetidas a estímulos térmicos, elétricos, eletrotérmicos ou de luz, em ambiente com ausência de oxigênio, respondem com alteração da forma original que pode ser a expansão do seu diâmetro que poderá levar ao encurtamento ou movimento de rotação da fibra. Essas alterações de forma e movimentos da fibra, chamadas de atuação, podem ser amplificadas e realizadas a baixas temperaturas ou na presença de oxigênio, se for adicionado a elas outros materiais que apresentam mudança de volume com estímulos diversos (físicos ou químicos). Por exemplo, se adicionar cera de parafina – a mesma usada em velas – nas fibras de nanotubos, a atuação chega a aumentar em até 10 vezes. Conforme o material usado para amplificar a atuação e o tipo de estímulo, a intensidade da atuação pode variar. As fibras de nanotubos híbridas, aquelas que são misturadas com material amplificador, apresentam energia mecânica 85 vezes maior que uma fibra muscular natural. Isso significa que a fibra artificial consegue levantar 100.000 vezes seu próprio peso e produzir 11.500 movimentos completos por minuto sem que haja deformação da fibra. Ao contrário de outras fibras musculares artificiais que já são comercializadas, como o nitinol (liga metálica de níquel e titânio), cujo desempenho decai com o tempo, foi observado que as fibras de nanotubos com parafina retornam ao seu estado inicial, sem deformação, quando cessado o estímulo, mesmo após muitas repetições. Essas fibras mantiveram seu desempenho por mais de 2 milhões de movimentos. 0251_Fig4.jpg 0251_Fig7.jpg Fig6.jpg Electrically, chemically, and photonically Powered Torsional and Tensile Actuation of Hybrid Carbon Nanotube Yarn Muscles (Atuação rotacional e linear de músculos de fibra híbrida de nanotubos de carbono acionada eletricamente, quimicamente e fotonicamente) A pesquisa destaca os nanotubos de carbono, estruturas formadas por átomos de carbono em formato cilíndrico oco, cujas parede tem espessura de um átomo. 2013-07-08 https://www.science.org/doi/10.1126/science.1226762 Engenharias CANAL CIÊNCIA. Músculos artificiais de nanotubos de carbono. 2013. Disponível em: https://canalciencia.ibict.br/ciencia-em-sintese1/engenharias/175-musculos-artificiais-de-nanotubos-de-carbono. Acesso em: <data de acesso ao texto de divulgação>. Fibras compostas por nanotubos de carbono, submetidas a estímulos térmicos, elétricos, eletrotérmicos ou de luz, em ambiente com ausência de oxigênio, respondem com alteração da forma original que pode ser a expansão do seu diâmetro que poderá levar ao encurtamento ou movimento de rotação da fibra. Essas alterações de forma e movimentos da fibra, chamadas de atuação, podem ser amplificadas e realizadas a baixas temperaturas ou na presença de oxigênio, se for adicionado a elas outros materiais que apresentam mudança de volume com estímulos diversos (físicos ou químicos). Por exemplo, se adicionar cera de parafina – a mesma usada em velas – nas fibras de nanotubos, a atuação chega a aumentar em até 10 vezes. Conforme o material usado para amplificar a atuação e o tipo de estímulo, a intensidade da atuação pode variar. As fibras de nanotubos híbridas, aquelas que são misturadas com material amplificador, apresentam energia mecânica 85 vezes maior que uma fibra muscular natural. Isso significa que a fibra artificial consegue levantar 100.000 vezes seu próprio peso e produzir 11.500 movimentos completos por minuto sem que haja deformação da fibra. Ao contrário de outras fibras musculares artificiais que já são comercializadas, como o nitinol (liga metálica de níquel e titânio), cujo desempenho decai com o tempo, foi observado que as fibras de nanotubos com parafina retornam ao seu estado inicial, sem deformação, quando cessado o estímulo, mesmo após muitas repetições. Essas fibras mantiveram seu desempenho por mais de 2 milhões de movimentos. 0251_Fig4.jpg 0251_Fig7.jpg Fig6.jpg https://repositorio.canalciencia.ibict.br/api/items/25151 https://repositorio.canalciencia.ibict.br/files/original/3db14f04fbcbc77385f1696186c027f2373f9265.jpg https://repositorio.canalciencia.ibict.br/files/original/34d08ac9bda94d8a0e103e4cfdbd9ec0d1d57660.jpg https://repositorio.canalciencia.ibict.br/files/original/c26e8c7b6f1cb143315f8340a89311b4f5990ccd.jpg https://repositorio.canalciencia.ibict.br/files/original/40ef6f45093c8634763fa9886c9a9d574abd7802.jpg https://repositorio.canalciencia.ibict.br/files/original/7c715f8cc8ff5d47a4164d763338cb5fb3c1b1df.jpg https://repositorio.canalciencia.ibict.br/files/original/308f8e753d16ce02795b505dd7eeec47235b7287.jpg https://repositorio.canalciencia.ibict.br/files/original/6d347dda4a6d4368e66a409a7a9f1b5dc27d5be4.jpg

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