O braço do robô de madeira é movido por músculos de plástico

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Um polímero que muda de forma quando aquecido pode levantar objetos 5.000 vezes seu próprio peso, com aplicações potenciais em robótica.

Os polímeros com memória de forma alternam entre seu estado normal, onde as moléculas são flexíveis e desordenadas, e seu estado deformado, onde as moléculas se ligam após serem esticadas. Uma vez no estado alongado e deformado, o polímero pode ser não alongado – retomando seu estado “normal” – aplicando calor ou luz.

No entanto, os polímeros com memória de forma tradicionais não armazenam quantidades significativas de energia enquanto são alongados – o que significa que eles não liberam muita energia durante o alongamento, o que limita seu uso em tarefas que envolvem levantar ou mover objetos.

Zhenan Bao, da Universidade de Stanford, na Califórnia, e seus colegas produziram agora um polímero com memória de forma que armazena e libera quantidades apreciáveis ​​de energia. Sua versão tem uma estrutura de polipropilenoglicol à qual adicionaram unidades de 4-, 4′-metileno-bisfenilureia.

Quando esticadas, as cadeias de polímero ficam fisicamente alinhadas, e ligações intra e intermoleculares – chamadas de ligações de hidrogênio – se formam entre as cadeias. Isso ajuda o material a manter sua forma altamente esticada. Então, quando aquecido a 70 ° C, as ligações de hidrogênio se rompem e o material pode voltar à sua forma original não esticada, liberando energia das ligações no processo.

O polímero pode ser esticado até cinco vezes seu comprimento inicial e armazenar até 17,9 joules de energia por grama em sua forma estendida – seis vezes a maioria dos outros polímeros com memória de forma. “Pode ser usado para levantar peso ou para ajudar a auxiliar ou fornecer empurrão adicional para alguém que talvez esteja tendo dificuldade para andar”, diz Bao.

Para demonstrar seu potencial de uso, a equipe transformou o material em um músculo artificial entre a parte superior e inferior do braço de um manequim de madeira. Quando a articulação do cotovelo do manequim foi esticada, o polímero esticou. Então, ao aplicar calor ao polímero, ele se contraiu novamente, fazendo com que a articulação do cotovelo do manequim dobrasse.

Um músculo artificial feito de um polímero com memória de forma esticado se contrai ao ser aquecido, dobrando o braço de um manequim

Um músculo artificial feito de um polímero com memória de forma esticado se contrai ao ser aquecido, dobrando o braço de um manequim

Adaptado de ACS Central Science 2021, DOI: 10.1021 / acscentsci.1c00829

“As características confiáveis ​​e a alta resistência do material oferecem um novo método para projetar juntas que são capazes de levantar várias vezes o peso do material”, disse Jonathan Aitken da Universidade de Sheffield, no Reino Unido. No entanto, Aitken questiona a praticidade de ter que aplicar calor ao polímero.

Bao espera investigar as propriedades do polímero para ver se há um mecanismo molecular que pode se alongar e encolher automaticamente em resposta a mudanças menores e mais fáceis de alcançar na temperatura.

Referência do jornal: ACS Central Science, DOI: 10.1021 / acscentsci.1c00829

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