Durante anos, os cientistas vão tentando projetar minaºsculos ca­lios artificiais para sistemas robóticos em miniatura que podem realizar movimentos complexos, incluindo flexa£o, torção e reversão. Construir essas microestruturas menores que um cabelo humano normalmente requer processos de fabricação de várias etapas e esta­mulos variados para criar os movimentos complexos, limitando suas aplicações em larga escala.

Agora, pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS) desenvolveram uma microestrutura de material aºnico e esta­mulo aºnico que pode superar atémesmo os ca­lios vivos. Essas estruturas programa¡veis ​​em escala micro podem ser usadas para uma variedade de aplicações, incluindo roba³tica leve, dispositivos médicos biocompata­veis e atécriptografia dina¢mica de informações.

A pesquisa épublicada na Nature .

"Inovações em materiais autorregulados adaptativos que são capazes de um conjunto diversificado de movimentos programados representam um campo muito ativo, que estãosendo abordado por equipes interdisciplinares de cientistas e engenheiros", disse Joanna Aizenberg, professora de Ciência dos Materiais da Amy Smith Berylson e Professor de Quí­mica e Biologia Quí­mica na SEAS e autor saªnior do artigo. "Os avanços alcana§ados neste campo podem impactar significativamente a maneira como projetamos materiais e dispositivos para uma variedade de aplicações, incluindo roba³tica, medicina e tecnologias da informação".

Ao contra¡rio de pesquisas anteriores, que dependiam principalmente de materiais multicomponentes complexos para alcana§ar o movimento programa¡vel de elementos estruturais reconfigura¡veis, Aizenberg e sua equipe projetaram um pilar de microestrutura feito de um aºnico material - um elasta´mero de cristal la­quido fotorresponsivo. Devido a  maneira como os blocos de construção fundamentais do elasta´mero de cristal la­quido estãoalinhados, quando a luz atinge a microestrutura, esses blocos de construção se realinham e a estrutura muda de forma.

Amedida que essa mudança de forma ocorre, duas coisas acontecem. Primeiro, o ponto onde a luz atinge torna-se transparente, permitindo que a luz penetre ainda mais no material, causando deformações adicionais. Segundo, a  medida que o material se deforma e a forma se move, um novo ponto no pilar éexposto a  luz, fazendo com que essa área também mude de forma.

Esse ciclo de feedback impulsiona a microestrutura em um ciclo de movimento semelhante a um curso.

"Esse ciclo de feedback interno e externo nos da¡ um material autorregulado. Uma vez que vocêacende a luz, ela faz todo o seu trabalho", disse Shucong Li, estudante de pós-graduação do Departamento de Quí­mica e Biologia Quí­mica de Harvard e co- primeiro autor do artigo.

Quando a luz se apaga, o material volta a  sua forma original.

As torções e movimentos específicos do material mudam com sua forma, tornando essas estruturas simples infinitamente reconfigura¡veis ​​e ajusta¡veis. Usando um modelo e experimentos, os pesquisadores demonstraram os movimentos de estruturas redondas, quadradas, em forma de L e T e em forma de palmeira e expuseram todas as outras maneiras pelas quais o material pode ser ajustado.

"Mostramos que podemos programar a coreografia dessa dança dina¢mica adaptando uma sanãrie de parametros, incluindo a¢ngulo de iluminação, intensidade da luz , alinhamento molecular, geometria da microestrutura, temperatura e intervalos e duração de irradiação", disse Michael M. Lerch, pa³s-doutorando. bolsista do Aizenberg Lab e coprimeiro autor do artigo.

Para adicionar outra camada de complexidade e funcionalidade, a equipe de pesquisa também demonstrou como esses pilares interagem entre si como parte de um array.

"Quando esses pilares são agrupados, eles interagem de maneiras muito complexas, porque cada pilar deformante projeta uma sombra no seu vizinho, que muda ao longo do processo de deformação", disse Li. "Programar como essas autoexposições mediadas por sombras mudam e interagem dinamicamente umas com as outras pode ser útil para aplicações como criptografia dina¢mica de informações".

“O vasto espaço de design para movimentos individuais e coletivos épotencialmente transformador para roba³tica leve, micro-andadores, sensores e sistemas robustos de criptografia de informações”, disse Aizenberg.