Força da evaporação
Basta olhar as chamadas gretas de contração - aquelas estruturas "quebradas" que se formam no solo depois que a água evaporou de rios, lagos ou mesmo de poças de chuva - para perceber que a evaporação da água é um processo poderoso.
O que os cientistas estão se dando conta agora é que, se devidamente compreendida e explorada, a evaporação da água pode se tornar uma fonte limpa de energia, capaz de propelir máquinas e equipamentos mecânicos ou mesmo gerar eletricidade.
Roxana Piotrowska e seus colegas da Universidade Cidade de Nova Iorque criaram cristais com capacidade de mudança de forma para converter diretamente a energia da evaporação da água em movimento.
Esses materiais responsivos à água foram criados usando variantes simples de blocos de construção biológicos, conhecidos como tripeptídeos. O resultado são cristais que são simultaneamente rígidos e "morfáveis" - com capacidade de mudança de forma.
Motor evaporativo
Os cristais são compostos por padrões tridimensionais de poros em nanoescala onde a água se liga fortemente, e esses poros são intercalados com uma rede molecular de regiões rígidas e regiões flexíveis. Quando a umidade é reduzida e atinge um valor crítico, a água escapa dos poros, levando a uma forte contração da rede interligada.
Isso faz com que os cristais percam temporariamente seus padrões ordenados, até que a umidade seja restaurada e os cristais recuperem sua forma original. Este processo pode ser repetido continuamente, e dá origem a um método notavelmente eficiente de coleta de energia da evaporação para realizar trabalho mecânico.
"Basicamente, nós criamos um novo tipo de atuador, que é acionado pela evaporação da água," disse Piotrowska. "Ao observar sua atividade, fomos capazes de identificar os mecanismos fundamentais de como os materiais que respondem à água podem converter de forma eficiente a evaporação em energia mecânica."
Micromotor
O atuador funciona em escala molecular, e a equipe ainda terá que mensurar sua capacidade de trabalho nas diversas escalas tecnológicas, dos sistemas nanoeletromecânicos (NEMS), passando pelos MEMS, pelos dispositivos microfluídicos e pelos micro- e nano-robôs.
Mas eles partem com um trunfo nas mãos: Como são feitos com os mesmos blocos fundamentais de que as proteínas são feitas, esses materiais morfogênicos são biocompatíveis, biodegradáveis e muito baratos de se fabricar.
Bibliografia:
Artigo: Mechanistic insights of evaporation-induced actuation in supramolecular crystals
Autores: Roxana Piotrowska, Travis Hesketh, Haozhen Wang, Alan R. G. Martin, Deborah Bowering, Chunqiu Zhang, Chunhua T. Hu, Scott A. McPhee, Tong Wang, Yaewon Park, Pulkit Singla, Thomas McGlone, Alastair Florence, Tell Tuttle, Rein V. Ulijn, Xi Chen
Revista: Nature Materials
DOI: 10.1038/s41563-020-0799-0
