Brasileiros ajudam a desenvolver músculo artificial 85 vezes mais forte do que o humano

Um grupo internacional de pesquisadores, que inclui cinco brasileiros, desenvolveu um fio dezenas de vezes mais forte do que o músculo humano. Os resultados do trabalho com nanotubos de carbono embebidos em parafina, além de vídeos de demonstração do material, foram publicados pela revista Science.

Similar a um fio de lã, o material é formado por fibras compostas por feixes de nanotubos de carbono – estruturas cilíndricas ocas formadas por átomos de carbono ocupando vértices de hexágonos, que são leves, condutoras e dezenas de vezes mais resistentes do que o aço.

Em contração, o material foi capaz de desenvolver uma potência de 27,9 kW/kg, cerca de 85 vezes mais do que o músculo humano. Ao ser torcido, o fio forma uma estrutura de uma hélice e se contrai por completo a uma velocidade de 25 milionésimos de segundo – o que lhe permite suportar objetos atados com peso cem mil vezes maior do que o dele.

Os pesquisadores observaram que a contração do fio também pode ser induzida por um estímulo térmico, produzido por uma corrente elétrica ou luminosa, em função de o material possuir capacidade de absorver radiação e aumentar sua própria temperatura em níveis mais altos do que os de outros.

Além disso, também constataram que a contração do material poderia ser potencializada ao revesti-lo com parafina de cera, que tem a capacidade de se expandir muito rapidamente quando exposta ao calor. Ou seja, quando o fio exposto a uma lâmpada incandescente ou uma corrente elétrica é aquecido, a parafina se expande, obrigando o fio se contrair. Já quando se resfria, o material retorna ao estado inicial, provocando o relaxamento do fio, como ocorre com o músculo humano.

“Por causa da expansão e contração da parafina, o fio pode realizar ciclicamente esse movimento de contração e relaxamento que pode ser aplicado para erguer objetos muito mais pesados do que ele”, disse um dos coautores do estudo, Alexandre Fontes da Fonseca, professor do Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Unesp  (Universidade Estadual Paulista) em Bauru.

Contribuição brasileira

Uma das principais contribuições dos pesquisadores sediados no Brasil no estudo foi analisar as propriedades estruturais, mecânicas e o comportamento elástico-mecânico dos fios de nanotubos de carbono. O trabalho de Fonseca, por exemplo, foi compreender melhor o processo de formação da estrutura helicoloidal das fibras de nanotubos de carbono quando são torcidas.

Um dos maiores interesses no material é para aplicações militares, em dispositivos que protejam balisticamente soldados, por exemplo. Nos Estados Unidos, os principais financiadores do estudo foram a Marinha e a Força Aérea.

“Esse material, provavelmente, vai gerar dezenas de patentes”, disse o autor da pesquisa, Douglas Soares Galvão, professor do Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas). “O grande avanço desse novo fio é que ele pode operar no ar, sem fonte externa. Só a luz é suficiente para fazer com que ele se contraia.”

Galvão mantém há mais de 20 anos colaborações científicas com o grupo de cientistas do NanoTech Institute da Universidade do Texas, em Dallas, nos Estados Unidos, onde foi realizada a parte experimental do estudo por um grupo que inclui, ainda, os brasileiros Márcio Dias Lima e Mônica Jung de Andrade, também autores principais do trabalho, e Leonardo Dantas Machado, que realiza doutorado no Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp.

De acordo com a pesquisa, outras possíveis aplicações tecnológicas estaria no desenvolvimento de tecidos inteligentes, com proteção contra o fogo. Como ele tem a capacidade de se contrair instantaneamente só em função do aumento da temperatura, em uma explosão um tecido desse material poderia fechar os poros rapidamente e impedir a exposição ao fogo.

O material também pode ser utilizado para o desenvolvimento de “músculos artificiais” no controle de movimentos de próteses externas (exoesqueletos) e robôs, para alavancas mais eficientes para mover objetos e para cateteres, que podem ser empregados em intervenções minimamente invasivas, como no caso da desobstrução de artérias.