Considere a principal diferença entre sistemas vivos e eletrônicos: os primeiros são geralmente macios e maleáveis, enquanto os últimos são duros e rígidos. Agora, em um trabalho que pode impactar interfaces homem-máquina, dispositivos biocompatíveis, robótica flexível e muito mais, engenheiros do MIT e seus colegas desenvolveram um gel macio e flexível que altera drasticamente sua condutividade quando exposto à luz.

Entre no crescente campo da ionotrônica, que envolve a transferência de dados por meio de íons, ou moléculas carregadas. A eletrônica faz o mesmo, com elétrons. Mas enquanto esta última já está bem estabelecida, a ionotrônica ainda está em desenvolvimento, com uma grande exceção: os sistemas vivos. As células do nosso corpo se comunicam com uma variedade de íons, do potássio ao sódio.

A ionotrônica, por sua vez, pode servir de ponte entre a eletrônica e os tecidos biológicos. As aplicações potenciais variam desde tecnologia vestível flexível até interfaces homem-máquina.

“Descobrimos um mecanismo para controlar dinamicamente a população local de íons em um material macio”, afirma Thomas J. Wallin, professor titular da Cátedra John F. Elliott de Desenvolvimento de Carreira no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT e líder do projeto. “Isso poderia permitir um sistema auto-adaptativo a estímulos ambientais, neste caso, a luz.” Em outras palavras, o sistema poderia mudar automaticamente em resposta a alterações na luminosidade, o que possibilitaria o processamento complexo de sinais em materiais macios.

Um artigo de acesso aberto sobre o trabalho foi publicado recentemente online na Nature Communications .

Embora outros tenham desenvolvido materiais ionotrônicos com alta condutividade que permitem o movimento rápido de íons, essa condutividade não pode ser controlada. "O que estamos fazendo é usar a luz para transformar um material macio de isolante em algo 400 vezes mais condutor", diz Xu Liu, primeiro autor do artigo e ex-pós-doutorando em ciência e engenharia de materiais do MIT, que agora será professor assistente no King's College London.

A chave para o trabalho reside em uma classe de materiais conhecidos como fotogeradores de íons (PIGs). Estes podem se tornar cerca de 1.000 vezes mais condutores quando expostos à luz. A equipe do MIT otimizou uma maneira de incorporar um PIG em borracha de poliuretano, dissolvendo primeiro um pó de PIG em um solvente e, em seguida, utilizando um método de intumescimento para inseri-lo na borracha.

No material apresentado neste trabalho, a mudança na condutividade é irreversível. Mas Liu está confiante de que versões futuras poderão alternar entre estados isolantes e condutores.

Ela observa que o material atual foi desenvolvido usando apenas um tipo de PIG (polímero intrínseco), o polímero (a borracha de poliuretano) e o solvente, mas existem muitos outros tipos dos três. Portanto, há um grande potencial para a criação de materiais macios ainda melhores que respondem à luz.

Liu também destaca o potencial para o desenvolvimento de materiais macios que respondem a outros estímulos ambientais, como calor ou magnetismo. "Estamos motivados a trabalhar mais nessa área, mudando a força motriz da luz para outras formas de estímulos ambientais", afirma.

“Nosso trabalho tem o potencial de levar à criação de um subcampo que chamamos de fotoionotrônica flexível”, continua Liu. “Também estamos muito entusiasmados com as oportunidades que nosso trabalho oferece para criar novas máquinas flexíveis com impacto em tecnologia vestível flexível, interfaces homem-máquina, robótica, biomedicina e outros campos.”

Outros autores do artigo são Steven M. Adelmund, Shahriar Safaee e Wenyang Pan, do Reality Labs da Meta.