.
Quanto mais descobrimos sobre o mundo natural, mais descobrimos que a natureza é a maior engenheira. Pesquisas anteriores acreditavam que líquidos só podem ser transportados em direção fixa em espécies com propriedades específicas de comunicação líquida e não podem mudar a direção do transporte. Recentemente, pesquisadores da Hong Kong Polytechnic University (PolyU) mostraram que uma planta africana controla o movimento da água de uma forma até então desconhecida — e isso pode inspirar avanços em uma série de tecnologias em dinâmica de fluidos e materiais inspirados na natureza, incluindo aplicações que exigem reações repetidas e em várias etapas, como microensaios, diagnóstico médico e dessalinização solar etc. O estudo foi publicado recentemente no periódico acadêmico internacional Ciência.
O transporte de líquidos é um milagre desconhecido da natureza. Árvores altas, por exemplo, precisam elevar enormes quantidades de água todos os dias de suas raízes até suas folhas mais altas, o que elas fazem em perfeito silêncio. Alguns lagartos e plantas canalizam água por capilares. No deserto, onde aproveitar ao máximo a escassa umidade é vital, alguns besouros podem capturar água transportada pela neblina e direcioná-la ao longo de suas costas usando um gradiente químico.
Os cientistas há muito buscam aprimorar a capacidade da humanidade de mover líquidos direcionalmente. Aplicações tão diversas quanto microfluídica, coleta de água e transferência de calor dependem do transporte direcional eficiente de água ou outros fluidos, em pequenas ou grandes escalas. Embora as espécies acima forneçam inspiração baseada na natureza, elas são limitadas a mover líquidos em uma única direção. Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. WANG Liqiu, Professor da Otto Poon Charitable Foundation em Energia Inteligente e Sustentável, Professor Titular de Engenharia Térmica-Fluida e Energia, Departamento de Engenharia Mecânica da PolyU, descobriu que a planta suculenta Crassula muscosa, nativa da Namíbia e África do Sul, pode transportar líquidos em direções selecionadas.
Junto com colegas da Universidade de Hong Kong e da Universidade de Shandong, os pesquisadores da PolyU notaram que quando dois brotos separados da planta eram infundidos com os mesmos líquidos, os líquidos eram transportados em direções opostas. Em um caso, o líquido viajava exclusivamente em direção à ponta, enquanto o outro broto direcionava o fluxo diretamente para a raiz da planta. Dadas as condições áridas, mas nebulosas, nas quais C. muscosa vive, a capacidade de reter água e transportá-la em direções selecionadas é uma tábua de salvação para a planta.
Como os brotos foram mantidos horizontalmente, a gravidade pode ser descartada como a causa da direção seletiva do transporte. Em vez disso, as propriedades especiais da planta derivam das pequenas folhas compactadas em seus brotos. Também conhecidas como “barbatanas”, elas têm um perfil único, com um corpo varrido para trás (semelhante a uma barbatana de tubarão) afinando para uma extremidade estreita que aponta para a ponta da planta. A assimetria dessa forma é o segredo do transporte seletivo de líquidos direcional de C. muscosa. Tudo tem a ver com a manipulação do menisco — a superfície curva em cima de um líquido.
Especificamente, a chave está nas diferenças sutis entre os formatos das barbatanas em diferentes brotos. Quando as fileiras de barbatanas se dobram bruscamente em direção à ponta, o líquido no broto também flui nessa direção. No entanto, em um broto cujas barbatanas — embora ainda apontando para a ponta — têm um perfil mais para cima, a direção do movimento é, em vez disso, para a raiz. A direção do fluxo depende dos ângulos entre o corpo do broto e os dois lados da barbatana, pois estes controlam as forças exercidas sobre as gotículas pelo menisco — bloqueando o fluxo em uma direção e enviando-o para a outra.
Armado com essa compreensão de como a planta direciona o fluxo de líquido, a equipe criou um imitador artificial. Chamadas de CMIAs, para ‘C. muscosa-inspired arrays’, essas aletas impressas em 3D agem como as folhas inclinadas de C. muscosa, controlando a orientação do fluxo de líquido. Inteligentemente, enquanto as aletas em um broto de planta natural são imóveis, o uso de um material magnético para CMIAs artificiais permite que elas sejam reorientadas à vontade. Simplesmente aplicando um campo magnético, o fluxo de líquido através de um CMIA pode ser revertido. Isso abre a possibilidade de transporte de líquido ao longo de caminhos que mudam dinamicamente em ambientes industriais e laboratoriais. Alternativamente, o fluxo pode ser redirecionado alterando o espaçamento entre as aletas.
Várias áreas da tecnologia podem se beneficiar de CMIAs. O Prof. Wang disse: “Há aplicações previstas de controle direcional em tempo real do fluxo de fluidos em microfluídica, síntese química e diagnósticos biomédicos. O design de CMIA que imita a biologia também pode ser usado não apenas para transportar líquidos, mas para misturá-los, por exemplo, em uma válvula em forma de T. O método é adequado para uma variedade de produtos químicos e supera o problema de aquecimento encontrado em algumas outras tecnologias microfluídicas.”
.
