Eletricidade grátis através da evaporação

Por , em 18.06.2015

Músculos artificiais podem mover máquinas no futuro, e o único poder que eles precisam é a evaporação da água.

Pesquisadores da Universidade de Columbia (EUA) construíram músculos artificiais que expandem e contraem com a mudança de umidade. No laboratório, eles já estão alimentando LEDs e impulsionando carros em miniatura.

“Os sistemas de engenharia raramente, ou nunca, usam a evaporação como uma fonte de energia, apesar de existirem inúmeros exemplos de tais adaptações no mundo biológico”, escrevem o principal autor do estudo, Xi Chen, e seus colegas em um artigo publicado na revista “Nature Communications”. Claro, há uma razão para isso: a evaporação cria mudanças de pressão em uma escala muito pequena, mas a força que produz geralmente não escala muito bem. Porém, Chen e seus colegas descobriram uma maneira de quebrar as regras.

Eles colocaram uma camada de esporos bacterianos em uma fita de plástico fino. Os esporos da bactéria Bacillus subtilis se expandem quando são expostos à umidade e se contraem quando estão secos. Isso porque os esporos armazenam água em espaços muito pequenos, à escala nanométrica, então a evaporação provoca grandes alterações de pressão dentro desses espaços minúsculos.

Quando os milhares de esporos são mergulhados num pedaço de fita, todos se expandem e contraem em conjunto, e a sua força combinada é suficiente para esticar e enrolar a superfície da fita, alternadamente. Chen e seus colegas chamam a tecnologia de “Músculos Artificias Movidos por Higroscopia” (do inglês Hygroscopy Driven Artificial Muscles).

Geração de eletricidade

Esse pequeno avanço possibilitou uma série de inovações. Eles criaram um “músculo”, colocando tiras de esporos em lados alternados de uma tira de fita mais longa, de modo que quando os esporos se contraem, fazem a fita se torcer em vez de enrolar. Várias dessas tiras juntas podem se contrair com força suficiente para levantar pesos pequenos de 9 a 315 gramas – cinquenta vezes o peso das próprias tiras.

Eles também criaram um gerador esticando as tiras horizontalmente sobre um pequeno recipiente de água coberto com persianas. Conforme a umidade se acumula, elas se expandem e empurram uma barra para abrir as persianas. Assim, o vapor de água pode escapar através das persianas abertas. Assim, a umidade diminui e as tiras puxam a barra para fechar as persianas e reiniciar o ciclo. O motor produziu uma potência média de 1,8 microwatts – o suficiente para alimentar um par de luzes de LED.

Carros em miniatura

Finalmente, os pesquisadores se divertiram um pouco. Eles anexaram tiras curtas em torno de dois anéis concêntricos, de forma um pouco semelhante às cabines de uma roda gigante, e, em seguida, colocaram quatro ou cinco destas rodas em um eixo. Depois, eles colocaram toda a engenhoca dentro de um gabinete com paredes de papel. Quando o papel estivesse molhado, metade da roda seria exposta ao ar úmido, por isso as tiras iriam expandir; a outra metade estaria seca, por isso se contraria.

A ideia era que, à medida que as tiras mais afastadas das paredes de papel secassem, seu movimento mudaria todo o centro de massa da roda, criando torque e fazendo com que ela girasse. Para aumentar a massa deslocada, os pesquisadores ligaram blocos de acrílico pequenos às extremidades das tiras. Funcionou. Quanto maior a umidade no interior do gabinete, mais rápido a roda girava.

Contudo, uma miniatura de roda-gigante movida a vapor não era o suficiente para Chen e sua equipe. Eles montaram o motor sobre uma armação com dois pares de rodas, usando uma correia de borracha para ligar o motor de rotação às rodas dianteiras. À medida que a água evaporava do papel, o motor girava e movia um carrinho de pouco mais de 100 gramas para a frente.

O que vem por aí?

Os engenheiros dizem que as Hydras pode ter muitas outras aplicações, incluindo músculos artificiais para robôs. Como fontes de evaporação são fáceis de encontrar na natureza, e os materiais necessários para construir essas tiras são relativamente baratos, eles sugerem que o mecanismo poderia ser utilizado para fornecer energia em locais remotos.

Obviamente, isso ainda está num futuro distante. Mas músculos feitos de esporos podem estar à altura do desafio – basta adicionar um pouco de água. [Discover Magazine]

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