Pesquisadores da Universidade de Houston estão relatando um avanço no campo da ciência e engenharia de materiais com o desenvolvimento de um atuador eletroquímico que usa nanotubos semicondutores orgânicos especializados (OSNTs).

Atualmente nos estágios iniciais de desenvolvimento, o atuador se tornará uma parte fundamental da pesquisa, contribuindo para o futuro da ciência robótica, bioeletrônica e biomédica .

"Dispositivos eletroquímicos que transformam energia elétrica em energia mecânica têm uso potencial em inúmeras aplicações, que vão desde a robótica suave e microbombas a microlentes de autofoco e bioeletrônica", disse Mohammad Reza Abidian, professor associado de engenharia biomédica na UH Cullen College of Engineering. Ele é o autor correspondente do artigo "Organic Semiconductor Nanotubes for Electrochemical Devices", publicado na revista Advanced Functional Materials, que detalha a descoberta.

Movimentos significativos (que os cientistas definem como atuação e medem como tensão de deformação) e tempo de resposta rápido têm sido objetivos ilusórios, especialmente para dispositivos atuadores eletroquímicos que operam em líquido. Isso ocorre porque a força de arrasto de um líquido restringe o movimento do atuador e limita o transporte e o acúmulo de íons nos materiais e estruturas do eletrodo. No laboratório de Abidian, ele e sua equipe refinaram os métodos de contornar essas duas pedras de tropeço.

"Nosso dispositivo eletroquímico de nanotubos semicondutores orgânicos exibe alto desempenho de atuação com transporte e acúmulo de íons rápidos e dinâmica ajustável em eletrólitos de polímero líquido e gel. Este dispositivo demonstra um excelente desempenho, incluindo baixo consumo de energia / tensão, grande deformação, resposta rápida e excelente estabilidade de atuação ", disse Abidian.

Este excelente desempenho, explicou ele, decorre da enorme área de superfície efetiva da estrutura nanotubular. A área maior facilita o transporte e acúmulo de íons, o que resulta em alta eletroatividade e durabilidade.

"Os valores de baixo consumo de energia / tensão para este atuador OSNT, mesmo quando opera em eletrólito líquido, marcam uma profunda melhoria em relação aos atuadores eletroquímicos relatados anteriormente operando em líquido e ar", disse Abidian. "Avaliamos a estabilidade de longo prazo. Este atuador de nanotubo semicondutor orgânico exibiu estabilidade superior de longo prazo em comparação com atuadores baseados em polímero conjugado relatados anteriormente, operando em eletrólito líquido."

Juntando-se a Abidian no projeto estavam Mohammadjavad Eslamian, Fereshtehsadat Mirab, Vijay Krishna Raghunathan e Sheereen Majd, todos do Departamento de Engenharia Biomédica do UH Cullen College of Engineering.

Os semicondutores orgânicos usados, chamados de polímeros conjugados, foram descobertos na década de 1970 por três cientistas - Alan J. Heeger, Alan MacDiarmid e Hideki Shirakawa - que ganhou um prêmio Nobel em 2000 pela descoberta e desenvolvimento de polímeros conjugados.

Para um novo tipo de atuador ofuscar o status quo, o produto final deve provar não apenas ser altamente eficaz (neste caso, tanto em eletrólito líquido quanto em gel de polímero), mas também poder durar.

"Para demonstrar aplicações em potencial, projetamos e desenvolvemos uma sonda neural móvel em escala de mícron que se baseia em microactuadores OSNT. Esta microssonda pode ser implantada no cérebro, onde os registros de sinais neurais são adversamente afetados por tecido danificado ou deslocamento de neurônios, podem ser aumentados ajustando a posição dos microcantilevers móveis ", disse Abidian.

O próximo passo são os testes em animais, que serão realizados em breve na Universidade de Columbia. Os primeiros resultados são esperados até o final de 2021, com testes de longo prazo a seguir.

"Considerando as conquistas até agora, antecipamos que esses novos dispositivos eletroquímicos baseados em OSNT ajudarão a avançar a próxima geração de robótica suave, músculos artificiais, bioeletrônica e dispositivos biomédicos", disse Abidian.