Pesquisadores da Universidade de Houston estãorelatando um avanço no campo da ciência e engenharia de materiais com o desenvolvimento de um atuador eletroqua­mico que usa nanotubos semicondutores orga¢nicos especializados (OSNTs).

Atualmente nos esta¡gios iniciais de desenvolvimento, o atuador se tornara¡ uma parte fundamental da pesquisa, contribuindo para o futuro da ciência roba³tica, bioeletra´nica e biomédica .

"Dispositivos eletroquímicos que transformam energia elanãtrica em energia meca¢nica tem uso potencial em inaºmeras aplicações, que va£o desde a roba³tica suave e microbombas a microlentes de autofoco e bioeletra´nica", disse Mohammad Reza Abidian, professor associado de engenharia biomédica na UH Cullen College of Engineering. Ele éo 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 tem sido objetivos ilusãorios, especialmente para dispositivos atuadores eletroquímicos que operam em la­quido. Isso ocorre porque a força de arrasto de um la­quido restringe o movimento do atuador e limita o transporte e o acaºmulo de a­ons nos materiais e estruturas do eletrodo. No laboratório de Abidian, ele e sua equipe refinaram os manãtodos de contornar essas duas pedras de tropea§o.

"Nosso dispositivo eletroqua­mico de nanotubos semicondutores orga¢nicos exibe alto desempenho de atuação com transporte e acaºmulo de a­ons rápidos e dina¢mica ajusta¡vel em eletra³litos de pola­mero la­quido 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 desuperfÍcie efetiva da estrutura nanotubular. A área maior facilita o transporte e acaºmulo de a­ons, o que resulta em alta eletroatividade e durabilidade.

"Os valores de baixo consumo de energia / tensão para este atuador OSNT, mesmo quando opera em eletra³lito la­quido, marcam uma profunda melhoria em relação aos atuadores eletroquímicos relatados anteriormente operando em la­quido e ar", disse Abidian. "Avaliamos a estabilidade de longo prazo. Este atuador de nanotubo semicondutor orga¢nico exibiu estabilidade superior de longo prazo em comparação com atuadores baseados em pola­mero conjugado relatados anteriormente, operando em eletra³lito la­quido."

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 orga¢nicos 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 praªmio 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 eletra³lito la­quido quanto em gel de pola­mero), mas também poder durar.

"Para demonstrar aplicações em potencial, projetamos e desenvolvemos uma sonda neural ma³vel em escala de ma­cron 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 neura´nios, podem ser aumentados ajustando a posição dos microcantilevers ma³veis ", disse Abidian.

O pra³ximo passo são os testes em animais, que sera£o realizados em breve na Universidade de Columbia. Os primeiros resultados são esperados atéo final de 2021, com testes de longo prazo a seguir.

"Considerando as conquistas atéagora, antecipamos que esses novos dispositivos eletroquímicos baseados em OSNT ajudara£o a avana§ar a próxima geração de roba³tica suave, maºsculos artificiais, bioeletra´nica e dispositivos biomédicos", disse Abidian.