Músculos artificiais multidirecionais imitam abrir e fechar da pupila

Rob?tica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/03/2025

M?sculos artificiais multidirecionais

Os m?sculos artificiais existem h? d?cadas, e v?m ajudando n?o apenas a desenvolver conceitos de rob?s, como tamb?m encontraram aplica??es em v?rios nichos, de correias transportadoras e novos tipos de alto-falantes at? geladeiras de estado s?lido.

Mas o desenvolvimento da bi?nica e a aproxima??o da eletr?nica com a biologia est? exigindo mais desses m?sculos, que at? agora tipicamente s? s?o capazes de se contrair e distender em uma ?nica dire??o, ao passo que alguns m?sculos humanos podem se mover em padr?es intrincados, ajudando partes do corpo a se moverem de m?ltiplas formas.

Para tornar esses m?sculos sint?ticos menos artificiais, Tamara Rossy e colegas do MIT, nos EUA, desenvolveram um m?todo para cultivar tecido muscular artificial que se contrai e flexiona em m?ltiplas dire??es coordenadas.

Como demonstra??o, eles cultivaram uma estrutura artificial, movida pelos novos m?sculos, que puxa tanto conc?ntrica quanto radialmente, de modo muito parecido com o modo como a ?ris no olho humano funciona para dilatar e contrair a pupila.

"Com o design da ?ris, acreditamos ter demonstrado o primeiro rob? movido a m?sculos esquel?ticos que gera for?a em mais de uma dire??o," disse a professora Ritu Raman, coordenadora da equipe.

Carimbo

A equipe trabalha no desenvolvimento de rob?s biol?gicos, ou biorrob?s, h? v?rios anos.

Nesse per?odo, eles desenvolveram uma t?cnica de crescimento celular que eles comparam a uma plataforma de gin?stica para c?lulas musculares cultivadas em laborat?rio. Um "tapete" de hidrogel estimula as c?lulas musculares a crescer e se fundir em fibras. A "rotina de exerc?cios" usa m?todos de engenharia gen?tica para for?ar as c?lulas a se contra?rem em resposta a pulsos de luz. Isso resulta em c?lulas musculares crescendo em linhas longas e paralelas, semelhantes aos m?sculos estriados naturais.

Mas a equipe queria ir al?m. "Queremos fazer tecidos que reproduzam a complexidade arquitet?nica dos tecidos reais," disse Raman. "Veja o exemplo da musculatura circular em nossa ?ris e ao redor da nossa traqueia. E mesmo dentro de nossos bra?os e pernas, as c?lulas musculares n?o apontam para frente, mas em um ?ngulo."

Para desenvolver seu tecido muscular multidirecional, a equipe teve uma ideia surpreendentemente simples: Carimbos. O carimbo tem padr?es microsc?picos, mas que podem ser impressos em um hidrogel, criando algo semelhante aos tapetes de treinamento muscular desenvolvido anteriormente. Os padr?es do tapete impresso servem ent?o como um roteiro ao longo do qual as c?lulas musculares podem seguir e crescer.

O carimbo ? ent?o pressionado em um hidrogel macio em diferentes orienta??es, at? formar a estrutura desejada, que a seguir ? semeada com c?lulas musculares reais. As c?lulas crescem ao longo das ranhuras dentro do hidrogel, formando fibras. Quando essas fibras s?o estimuladas, o m?sculo se contrai nas m?ltiplas dire??es tra?adas quando da aplica??o do carimbo, seguindo a orienta??o das fibras resultantes.

Aplica??es

O carimbo pode ser fabricado usando impressoras 3D de mesa, com diferentes padr?es de ranhuras microsc?picas, o que permite cultivar padr?es complexos de m?sculos que se parecem e agem como seus equivalentes naturais. A equipe acredita que o mecanismo v? funcionar bem para outros tipos de tecidos biol?gicos, como neur?nios e c?lulas card?acas.

Um dos objetivos agora ser? projetar materiais biol?gicos que imitem a detec??o, atividade e capacidade de resposta de tecidos reais no corpo.

Biotecidos engenheirados podem ser ?teis em ?reas que v?o da medicina ?s m?quinas. Por exemplo, os pesquisadores j? est?o tentando fabricar tecidos artificiais que possam restaurar a fun??o de pessoas com les?o neuromuscular. Outra linha de pesquisa envolve a cria??o de m?sculos artificiais para uso em rob?tica macia, como nadadores movidos a m?sculos, que se movam pela ?gua com uma flexibilidade semelhante ? dos peixes.

"Em vez de usar atuadores r?gidos, que s?o t?picos nos rob?s subaqu?ticos, se pudermos usar rob?s biol?gicos macios, poderemos navegar e ser muito mais eficientes em termos de energia, ao mesmo tempo em que seremos completamente biodegrad?veis e sustent?veis," disse Raman. "? isso que esperamos construir."

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