Microrobôs que mudam a cor ajudam a monitorar o ambiente

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Microrobôs que mudam a cor ajudam a monitorar o ambiente
Usando hidrogéis responsivos a estímulos com partículas coloidais regularmente organizadas, os
pesquisadores criam microrrobôs que mudam de cor que podem explorar e coletar informações
livremente.
Os microrobôs integrados têm um grande potencial e, nos últimos anos, esta área explodiu com
cientistas inspirando-se em sistemas vivos para encontrar maneiras criativas de navegar em ambientes
e realizar diferentes tarefas.
Em um estudo recente publicado na revista Advanced Intelligent Systems, uma equipe de pesquisadores
da Universidade Keio liderada por Hiroaki Onoe criou uma classe de microrobôs que aproveita o efeito
Marangoni para sua propulsão.
O efeito Marangoni se resume à tensão superficial e foi demonstrado em vários vídeos educacionais que
demonstram como construir “barcos movidos a soap”. Os insetos aproveitam esse efeito para ajudar a
se impulsionar em torno de superfícies líquidas e foi a inspiração para o novo estudo.
“A capacidade de microescala dos insetos de se impulsionar na água é altamente atraente para ajudar a
superar o desafio de desenvolver microrrobôs sem amarras”, explicou Koki Yoshida, primeiro autor do
estudo. Por exemplo, pequenos insetos, como os besouros Microvelia e Rove, podem se impulsionar
rapidamente sem mover as pernas. Em vez disso, eles dependem de um fenômeno de transferência de
massa que ocorre entre duas regiões líquidas com diferentes tensões superficiais. O fenômeno é
chamado de efeito Marangoni.
https://www.advancedsciencenews.com/cleaning-up-ocean-microplastics-with-magrobot/
https://www.advancedsciencenews.com/how-can-bacteria-robots-improve-cancer-therapy/
https://www.youtube.com/watch?v=jra7Tg2m5IY
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Os pesquisadores já produziram sistemas de propulsão microrobótica baseados no efeito Marangoni. No
entanto, esses relatórios se concentraram exclusivamente na motilidade e na obtenção de uma
compreensão dos princípios por trás da propulsão de Marangoni. Isso deixou espaço para o
desenvolvimento de microrobôs integrados com sensores sem fio para expandir essa tecnologia em uma
aplicação vital: monitorar o ambiente.
“Nossos microrobôs que mudam de cor podem transmitir autonomamente informações externas”, disse
Yoshida. “Para obter e interpretar facilmente as informações, incluímos um sensor colorimétrico que usa
um hidrogel de cristal colóide fotonic”. Estes são hidrogéis responsivos a estímulos com partículas
coloidais regularmente dispostas (com diâmetro é a faixa de centenas de nanômetros) que exibem
mudanças de cor refletindo a luz visível.
“Esse fenômeno é chamado de cor estrutural e pode ser visto em vários materiais naturais, como as
asas das borboletas Morpho”, explicou Yoshida. “Nossos hidrogéis responsivos ampliam e se contraem
em resposta a estímulos externos, levando a mudanças na distância entre as partículas coloidais e suas
cores sem qualquer conexão amarrada”.
Os microrobôs que mudam de cor podem ficar sentados na superfície da água, na interface água-ar.
Após a liberação do etanol, são gerados gradientes de tensão superficial, levando ao movimento.
“A transferência de calor e a difusão do fluido circundante para o gel fotônico integrado através de furos
levam a resposta do gel fotônico”, disse Yoshida. “Demonstramos que os microrobôs poderiam sentir
temperaturas externas e transmitir a temperatura como uma mudança de cor enquanto ela impulsionava
a água para fornecer uma prova de conceito para explorar microrrobôs”.
A equipe espera expandir as aplicações de seus robôs, aprimorando suas capacidades de detecção
para incluir luz, pH e compostos químicos para detectar metais pesados, explosivos e toxinas
ambientais.
“Esse desafio será alcançado usando outros tipos de hidrogéis responsivos a estímulos e o
desenvolvimento dos géis fotônicos que respondem aos outros estímulos, incluindo os íons metálicos”,
disse Yoshida. “Em um futuro próximo, espera-se que os microrobôs que mudam de cor sejam aplicados
para procurar substâncias tóxicas ou condições ambientais anormais em locais como aquários, lagoas e
águas residuais industriais”.
Referência: Koki Yoshida e Hiroaki Onoe, micro-robôs de propulsão Marangoni integrados com um
sensor de hidrogel de cristal colóide colônico sem fio para explorar o ambiente aquático, Advanced
Intelligent Systems (2022). DOI: 10.1002/aisy.202100248
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aisy.202100248
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