Cientistas criam minibomba hidráulica inspirada em mecanismo das plantas - Tecnologia
Cientistas criam minibomba hidráulica inspirada em mecanismo das plantas
Dispositivo criado de baixo custo criado por engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, o MIT, poderá facilitar a movimentação de pequenos robôs
postado em 10/04/2017 06:00
As árvores e as demais plantas, das grandes sequoias até as pequenas margaridas, são a bomba hidráulica da natureza. Puxam a água constantemente pelas suas raízes e a levam até as mais altas folhas, ao mesmo tempo em que conduzem nutrientes produzidos no topo para o que fica sob a terra. Esse fluxo constante passa por um sistema de tecidos chamados xilemas e floemas, agrupados em canais paralelos.
Engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, o MIT, se inspiraram no processo para criar um dispositivo que chamam de árvore em um chip. Como as versões naturais, a solução tecnológica opera passivamente, sem a presença de partes móveis ou bombas externas, criando um fluxo constante que pode durar dias. Detalhes do trabalho foram apresentados recentemente na revista Nature Plants.
Segundo Anette Hosoi, professora no Departamento de Engenharia Mecânica do MIT e uma das autoras da pesquisa, o chip pode ser usado como motor hidráulico simples para pequenos robôs. Engenheiros consideram difícil e de alto custo a criação de partes móveis e bombas minúsculas para permitir o movimento de máquinas do tipo. O novo mecanismo abre caminho para robôs cujos movimentos não requerem energia elétrica e podem ser alimentados apenas por açúcar.
"O objetivo desse trabalho é uma complexidade barata, como a vista na natureza", disse, em comunicado à imprensa. "É fácil adicionar outra folha ou um canal de xilema em uma árvore. Em robôs pequenos, tudo é difícil, desde a manufatura até a integração e a atuação." O chip nasceu de um outro projeto conduzido por Anette Hosoi, que buscava criar robôs em pequena escala, capazes de imitar o movimento de máquinas muito maiores, como as que pulam sobre terrenos irregulares e se locomovem com rapidez.
Combustível doce
Nesse sentido, a osmose natural das plantas pareceu um caminho promissor. Há consenso entre os biólogos de que a água, movida pela tensão superficial, viaja para cima através dos canais de xilema de uma árvore e, então, passa por uma membrana semipermeável e entra nos canais de floema, que contêm açúcar e outros nutrientes. Quanto mais açúcar há em um floema, mais água entra nos canais para balancear o gradiente das duas substâncias, processo passivo conhecido como osmose. O fluxo de água resultante transporta nutrientes até as raízes.
"Esse modelo simples de xilema e floema é conhecido por décadas", diz Anette Hosoi. "De um ponto de vista qualitativo, faz sentido, mas, quando você faz as contas, percebe que ele não permite um fluxo constante". De fato, cientistas já tentaram criar dispositivos hidráulicos inspirados nas árvores, mas os aparelhos funcionaram apenas por alguns minutos. A solução apresentada na Nature Plants venceu esse obstáculo.
Foi Jean Comtet, aluna da pesquisadora do MIT, que identificou uma terceira parte essencial para o sistema de bombeamento das árvores: as folhas, que produzem açúcares pela fotossíntese. O modelo de Jean Comtet inclui uma fonte de açúcares adicional que se difunde das folhas até o floema de uma planta, aumentando a concentração de açúcar na mistura e mantendo a pressão constante.
Canais de plástico
O chip consiste em dois pedaços de plástico, através dos quais existem pequenos canais, inspirados no xilema e no floema. O canal do xilema contém água, enquanto o floema, água e açúcar. Os dois pedaços de plástico são separados por um material semipermeável, semelhante à membrana que separa os canais na natureza. Um cubo de açúcar colocado em cima do canal de floema representa a substância similar produzida pelas folhas da árvore.
Com essa estrutura simples, o chip consegue bombear água em um fluxo constante por vários dias. "Usando um cubo de açúcar, a bomba pode funcionar por pelo menos três semanas", diz Jean Comtet, que também assina o artigo. Segundo ela, o dispositivo é apenas a etapa inicial, e os autores já planejaram as próximas. "Queremos levar o chip um passo à frente e integrar organismos produtores de açúcar, como bactérias, para tornar o dispositivo totalmente autônomo. Como uma planta real, ele só precisaria da luz do sol para bombear água."
"Queremos levar o chip um passo à frente e integrar organismos produtores de açúcar, como bactérias, para tornar o dispositivo totalmente autônomo. Como uma planta real, ele só precisaria da luz do sol para bombear água"
Jean Comtet, uma das criadoras do dispositivo
Folha produz fertilizante
Na segunda metade do século 20, houve grande aumento da produção agrícola, impulsionado, entre outros fatores, pelo uso em massa de fertilizantes. Com o constante aumento da população, o desafio de alimentar o mundo surge novamente. Buscando soluções, pesquisadores dos EUA criam uma folha biônica que utiliza luz do sol, água, ar e ação de bactérias para produzir o próprio adubo. O trabalho foi apresentado, semana passada, durante o encontro nacional da Sociedade Americana de Química.
Principal criador, Daniel Nocera adaptou o trabalho pelo qual é mais conhecido — uma folha artificial que realiza fotossíntese. O dispositivo usa a luz do sol para dividir as moléculas de água em oxigênio e hidrogênio, o mesmo processo que ocorre nas folhas naturais. A versão antiga combina a fotossíntese com a bactéria Ralstonia Eutropha, que consome o hidrogênio produzido e retira o dióxido de carbono do ar para criar um combustível líquido. Ao usar bactérias do gênero Xanthobacter, a folha biônica passou a produzir amônia, usada no mundo inteiro como fertilizante.
A prova real da eficiência do sistema veio de rabanetes. Os pesquisadores usaram a tecnologia durante o cultivo de cinco ciclos dos vegetais. Aqueles que foram cultivados nesse sistema pesaram 150% a mais do que os do grupo de controle. Conforme Daniel Nocera, o próximo passo é melhorar a folha biônica até que, um dia, pequenos fazendeiros consigam produzir o próprio fertilizante.
Segundo Carlos Sousa, pesquisador na Embrapa Agroenergia, o estudo avança recorrendo a tecnologias existentes. "Nós usamos bactérias que produzem nitrogênio nas plantações de soja, por exemplo. O que esse estudo faz é criar uma forma de as bactérias produzirem nitrogênio sem necessariamente precisar da luz do sol", explica. O especialista vê obstáculos para o uso, em larga escala, das folhas biônicas. "As bactérias precisam ser produzidas, e a dificuldade para fazer isso pode ser a mesma para produzir fertilizantes." (VC*)