Músculos artificiais usam microbolhas ativadas por ultrassom para se mover

Pesquisadores da ETH Zurique desenvolveram músculos artificiais que contêm microbolhas e podem ser controlados com ultrassom. No futuro, esses músculos poderão ser implantados em ambientes técnicos e médicos como braços de pinça, remendos de tecido, administração direcionada de medicamentos ou robôs.

À primeira vista, pode parecer um simples experimento com material, pois uma breve estimulação por ultrassom induz uma fina tira de silicone a começar a dobrar e arquear. Mas isso é apenas o começo. Uma equipe liderada por Daniel Ahmed, professor de Robótica Acústica para Ciências da Vida e Saúde, desenvolveu uma nova classe de músculos artificiais: membranas flexíveis que respondem ao ultrassom com a ajuda de milhares de microbolhas.

O trabalho está publicado na revista Natureza.

Os padrões de microbolhas facilitam o movimento flexível

Os pesquisadores criaram os músculos artificiais a partir de um molde de fundição com microestrutura definida. A membrana de silicone produzida neste molde tem pequenos poros na parte inferior, cada um com cerca de 100 micrômetros de profundidade e diâmetro – aproximadamente a largura de um fio de cabelo humano. Quando os pesquisadores submergem a membrana em água, pequenas microbolhas ficam presas nesses poros.

Quando submetidas a ondas sonoras, essas microbolhas começam a oscilar e a produzir um fluxo direcionado que movimenta o músculo. O tamanho, a forma e o posicionamento dessas microbolhas podem ser controlados com precisão, o que torna possível produzir movimentos que vão desde curvas uniformes até padrões ondulatórios. Os músculos respondem em milissegundos e podem ser controlados sem fio.

Aperto suave e movimento suave

Os pesquisadores demonstraram diversas aplicações para esses músculos artificiais, uma das quais é um braço de pinça macio e em miniatura. Em um experimento, eles conseguiram capturar suavemente uma larva de peixe-zebra na água e depois liberá-la novamente.

“Foi fascinante ver com que precisão e suavidade a pinça funcionava; a larva nadou para longe ilesa”, lembra Zhiyuan Zhang, ex-aluno de doutorado de Ahmed e um dos principais autores do estudo.

Os pesquisadores também construíram um robô que lembra uma pequena arraia para demonstrar movimentos ondulatórios. Tem cerca de quatro centímetros de largura. Dois músculos artificiais imitam a função das nadadeiras peitorais. Quando os pesquisadores aplicam a estimulação ultrassônica, ela induz movimento ondulatório no músculo, permitindo que o robô em miniatura deslize pela água sem qualquer cabeamento.

“A locomoção ondulatória foi um verdadeiro destaque para nós”, diz Ahmed. “Isso mostra que podemos usar as microbolhas para realizar não apenas movimentos simples, mas também padrões complexos, como em um organismo vivo”.

As perspectivas de longo prazo para esses dispositivos – apelidados de “stingraybots” pelos pesquisadores – incluem a implantação no trato gastrointestinal, possivelmente para liberar medicamentos com precisão absoluta ou apoiar procedimentos minimamente invasivos. Na verdade, os pesquisadores já consideraram como um stingraybot poderia ser transportado para o estômago: eles propõem enrolar o robô e colocá-lo em uma cápsula especialmente desenvolvida que poderia ser engolida antes de se dissolver no estômago do paciente.

Adequado para espaços confinados e superfícies sensíveis

Os pesquisadores também produziram uma pequena estrutura de silicone em forma de roda, com microbolhas de diferentes tamanhos, que também pode ser acionada por ultrassom. Em experimentos com intestino suíno, os pesquisadores demonstraram sua capacidade de navegar pelas circunvoluções intestinais estimulando sequencialmente microbolhas de diferentes tamanhos.

“O intestino é um ambiente particularmente complexo porque é estreito, curvo e irregular”, explica Zhan Shi, ex-aluno de doutorado de Ahmed e outro autor principal do estudo. “Foi, portanto, particularmente impressionante que o nosso robô com rodas fosse realmente capaz de se mover ali.”

Os pesquisadores também desenvolveram adesivos médicos que – por meio da ativação por ultrassom – são capazes de aderir a estruturas curvas. Esses adesivos podem ser adaptados especificamente para diferentes tipos de tecidos e liberar medicamentos em locais precisos, como para tratar cicatrizes ou tumores. Em experimentos de laboratório, a equipe já conseguiu entregar o corante em um local específico de um modelo de tecido.

Músculos macios com potenciais aplicações médicas

“Começamos realizando pesquisas fundamentais antes de demonstrar a versatilidade desses músculos artificiais, com aplicações que vão desde a administração de medicamentos até a locomoção no trato gastrointestinal e em patches cardíacos”, resume Ahmed.

Embora a tecnologia permaneça limitada a testes laboratoriais por enquanto, ela possui um vasto potencial para futuras aplicações médicas e técnicas. A longo prazo, esses músculos artificiais macios poderiam ajudar a administrar medicamentos com mais precisão e tornar os procedimentos menos invasivos. Ao combinar biocompatibilidade com flexibilidade e controle sem fio, representam uma ferramenta promissora para aplicações médicas. Para os pesquisadores, a jornada em direção aos músculos controlados acusticamente está apenas no começo.