Inspirados na forma como a pele dos braços do polvo funciona, pesquisadores da Virginia Tech, nos EUA, desenvolveram um novo adesivo de troca rápida que adere com segurança a objetos debaixo d'água. O material poderá ser utilizado em robótica, saúde e na fabricação para montagem e manipulação de objetos molhados.
Adesivos que funcionam debaixo d’água são difíceis de fazer. Isso ocorre porque as ligações de hidrogênio e as forças eletrostáticas e de van der Waals que medeiam a adesão em ambientes secos são muito menos eficazes na água. O mundo animal, no entanto, contém muitos exemplos de forte adesão em condições húmidas: os mexilhões segregam proteínas adesivas especiais, criando uma placa pegajosa que se fixa em superfícies molhadas; as rãs canalizam o fluido através das almofadas estruturadas dos dedos dos pés para ativar forças capilares e hidrodinâmicas; e cefalópodes como o polvo usam ventosas para aderir às superfícies por meio de sucção.
Ligação adesiva forte
As pinças de cefalópodes são particularmente boas para segurar coisas debaixo d'água. Os polvos, por exemplo, têm oito braços longos cobertos por ventosas que podem agarrar objetos como se fossem presas. Com o formato da ponta de um êmbolo de encanador, as ventosas aderem a um objeto, criando rapidamente uma ligação adesiva forte que é difícil de quebrar. “A adesão pode ser rapidamente ativada e liberada”, explica o líder da equipe de estudo Michael Bartlett, “e o polvo controla mais de 2000 ventosas em oito braços, processando informações de diversos sensores químicos e mecânicos”.
Na verdade, o aparelho de detecção de um polvo consiste num sistema de fotorrecepção que utiliza os seus olhos; mecanorreceptores que detectam fluxo, pressão e contato de fluido; e sensores táteis de quimiorrecepção. Cada ventosa é controlada de forma independente para ativar ou liberar adesão – algo que não existe em adesivos sintéticos.
O novo adesivo inspirado no polvo da Virginia Tech consiste em uma haste de elastômero de silicone coberta com uma membrana de elastômero extensível acionada pneumaticamente para controlar a adesão. A haste é feita por moldes de impressão 3D e o elastômero de silicone é então fundido e curado. O elemento adesivo é conectado a uma fonte de pressão que fornece pressão positiva, neutra e negativa para controlar o formato da membrana ativa.
“Esse design nos permite alternar a adesão 450 vezes do estado ligado para desligado em menos de 50 ms”, diz Bartlett. “Integramos firmemente esses elementos adesivos com uma série de sensores ópticos de proximidade micro-LIDAR que detectam a proximidade de um objeto.”
Os pesquisadores então conectaram as ventosas e o LIDAR por meio de um microcontrolador para detecção de objetos em tempo real e controle de adesão.
Luva com ventosas sintéticas e sensores
Debaixo d'água, um polvo envolve objetos com os braços e pode se prender a uma variedade de superfícies, incluindo rochas, conchas lisas e cracas ásperas usando suas ventosas. Bartlett e seus colegas imitaram isso fazendo uma luva com ventosas sintéticas e sensores totalmente integrados. Este dispositivo, apelidado de luva Octa, pode detectar objetos de formatos diferentes debaixo d'água. Isso aciona automaticamente o adesivo para que o objeto possa ser manipulado.
“Ao combinar materiais adesivos macios e responsivos com componentes eletrônicos incorporados, podemos agarrar objetos sem precisar apertar”, disse Bartlett. “Isso torna o manuseio de objetos molhados ou submersos muito mais fácil e natural. A eletrônica pode ativar e liberar a adesão rapidamente. Basta mover a mão em direção a um objeto e a luva fará o trabalho de agarrá-lo. Tudo isso pode ser feito sem que o usuário pressione um único botão.”
Essas capacidades, que imitam a manipulação, detecção e controle avançados de cefalópodes, podem encontrar aplicações no campo da robótica suave para agarramento subaquático, aplicações em tecnologias assistidas pelo usuário e na área da saúde, e na fabricação para montagem e manipulação de objetos molhados, diz ele. Mundo da física.
Vários modos emocionantes
Adesivo inspirado no polvo pode curar feridas
Em seus experimentos, os pesquisadores testaram vários modos de preensão. Eles usaram um único sensor para manipular objetos delicados e leves e descobriram que podiam pegar e soltar rapidamente objetos planos, brinquedos de metal, cilindros, uma colher e uma bola de hidrogel ultramacia. Ao então reconfigurar os sensores para que vários sensores fossem ativados, eles poderiam agarrar objetos maiores, como um prato, uma caixa e uma tigela.
A equipe da Virginia Tech, relatando seu trabalho em Os avanços da ciência, diz que ainda há muito a aprender, tanto sobre como o polvo controla a adesão, como manipula objetos subaquáticos. “Se pudermos compreender melhor o sistema natural, isso permitirá criar sistemas de engenharia mais avançados, bio-inspirados”, diz Bartlett.
