Rodas acionadas quimicamente “transformam-se” em engrenagens

Universidade de Pittsburgh, PA

A engrenagem é uma das ferramentas mecânicas mais antigas e levou a máquinas que vão desde os primeiros sistemas de irrigação e relógios até os modernos motores e robótica. Os pesquisadores utilizaram uma reação catalítica que faz com que uma folha bidimensional revestida quimicamente se "transforme" espontaneamente em uma engrenagem tridimensional que realiza um trabalho sustentado.

As descobertas indicam o potencial para desenvolver máquinas acionadas quimicamente que não dependem de energia externa, mas simplesmente requerem a adição de reagentes à solução circundante. A modelagem computacional mostrou que a transdução químico-mecânica (conversão de energia química em movimento) em folhas ativas apresenta uma nova maneira de replicar o comportamento de engrenagens em ambientes sem acesso a fontes de energia tradicionais.

Nas simulações, os catalisadores são colocados em vários pontos de uma chapa bidimensional semelhante a uma roda com raios, com nós mais pesados ​​na circunferência da chapa. A folha flexível, de aproximadamente um milímetro de comprimento, é então colocada em uma microcâmara cheia de fluido. Um reagente é adicionado à câmara que ativa os catalisadores na "roda" plana, fazendo com que o fluido flua espontaneamente. O fluxo interno do fluido impulsiona as seções mais leves da folha para cima, formando um rotor ativo que capta o fluxo e gira.

Na natureza, os organismos usam energia química para mudar sua forma e se mover. Para que a nova folha química se mova, ela também precisa se transformar espontaneamente em uma nova forma, o que lhe permite captar o fluxo do fluido e desempenhar sua função.

A equipe descobriu que nem todas as peças da engrenagem precisavam ser quimicamente ativas para que o movimento ocorresse; na verdade, a assimetria é crucial para criar movimento. Ao determinar as regras de design para a colocação, os pesquisadores poderiam direcionar a rotação para o sentido horário ou anti-horário. Este "programa" adicionado permitiu o controle de rotores independentes para mover sequencialmente ou em efeito cascata, com sistemas de engrenagens ativas e passivas. Essa ação mais complexa é controlada pela estrutura interna dos raios e pela colocação dentro do domínio do fluido.

No futuro, os pesquisadores investigarão como a organização espacial relativa de várias engrenagens pode levar a uma maior funcionalidade, potencialmente projetando um sistema que pareça agir como se estivesse tomando decisões.

Para mais informações, entre em contato com Paul Kovach em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa ter o JavaScript habilitado para vê-lo..

Este artigo apareceu pela primeira vez na edição de junho de 2023 da Tech Briefs Magazine.

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