Três assumem os materiais de amanhã

Olhe dentro dos laboratórios de três pesquisadores do MIT cujo trabalho pode mudar a forma como os engenheiros projetam e constroem. Dois estão inventando novos materiais e um está desenvolvendo maneiras de atualizar a aparência dos materiais para que possam ser atualizados em vez de substituídos. A engenharia pode nunca mais ser a mesma.

As células musculares projetadas por Ritu Raman se contraem em resposta à luz - e podem levar a robôs de base biológica que se adaptam ao ambiente ou se reparam após um acidente.

Ritu Raman esfrega as mãos enluvadas com etanol e abre uma incubadora do tamanho de uma minigeladeira para retirar uma bandeja de placas de Petri. Os pratos contêm andaimes translúcidos impressos em 3D em forma de U. E sobre esses esqueletos poliméricos, pequenas bandas cor-de-rosa de células musculares estão crescendo.

Ela segue para a sala ao lado, onde uma luz de fibra ótica pode ser posicionada acima dos pratos, emitindo pulsos de luz azul muito brilhantes para serem vistos sem óculos de segurança. Raman explica que as células, que são de uma linha originalmente derivada de camundongos, são bioengenhadas para se contrair sob tal brilho; a luz pulsante age como um personal trainer, fazendo com que eles se exercitem. "Eles moram ali, e depois vêm aqui para fazer academia", brinca.

Nas últimas duas décadas, os engenheiros têm experimentado materiais biológicos porque o design biohíbrido tem uma vantagem distinta sobre a construção com plástico ou aço: as células vivas podem crescer, mudar e se adaptar. Raman, que é Brit (1961) e Alex (1949) d'Arbeloff Career Development Assistant Professor em Engenharia Mecânica, dirige um laboratório focado na criação de materiais biológicos adaptativos que aproveitam a capacidade das células de detectar, processar e responder a seus Medindo como a atividade induzida pela luz afeta suas células de bioengenharia, Raman pode ter uma ideia melhor de como os robôs biohíbridos podem um dia ser capazes de se adaptar a terrenos desconhecidos.

"Existem várias coisas que podem mudar quando você se exercita", diz ela. Certos tipos de fibras musculares, por exemplo, podem carregar apenas pequenas cargas, mas podem fazê-lo por muito tempo; outros podem lidar com uma força muito maior, mas se cansam facilmente. Quais fibras musculares ficam mais fortes dependem do tipo de exercício que o músculo realiza. Raman prevê um robô biohíbrido destinado a operar remotamente, alimentado por uma "bateria" de açúcar e aminoácidos, que pode ser projetado para desenvolver os músculos certos para o trabalho em questão e até mesmo se reparar regenerando peças danificadas em um acidente ou queda.

"Se eu quisesse que um robô atravessasse a sala, que é um ambiente relativamente controlado com temperatura constante e tudo mais, eu poderia simplesmente construir um robô normal a baixo custo", diz ela. "Mas em um ambiente imprevisível e dinâmico, posso não saber o quão forte ele precisa ser, ou quais perigos podem estar presentes. Se for ferido, não poderei ir e curá-lo, então ele precisa ser capaz para se recuperar e se adaptar."

Raman cresceu na Índia, no Quênia e nos Estados Unidos, filha de um engenheiro químico e de um engenheiro mecânico. Enquanto seus pais trabalhavam para resolver problemas do mundo real, ela viu os benefícios imediatos que a engenharia poderia trazer; ela se lembra de ver seu pai instalar torres de comunicação em aldeias rurais. Como estudante de engenharia mecânica em Cornell, ela aleatoriamente fez um curso de biomecânica e foi imediatamente fisgada. "Foi o primeiro livro que realmente gostei de ler em toda a minha vida", diz ela.

Não que a biologia fosse sempre divertida. Como assistente de laboratório, ela trabalhou em um laboratório que mediu como o álcool e o exercício juntos afetaram os ratos. "Eu estava em um porão com ratos bêbados em esteiras que não queriam correr", diz ela. "Foi terrível!" Gradualmente, no entanto, ela ficou fascinada com a forma como os corpos e o comportamento dos animais mudavam em resposta ao seu ambiente incomum: "Eu pensei, aquele é tão robusto, aquele é forte e aquele aprendeu a fazer a esteira andar então ele não precisa correr. Nada do que podemos construir se compara ao quão inteligentes e adaptáveis ​​são os sistemas vivos."

Raman transfere meio líquido de cultura de células (esquerda) para um frasco de células vivas. Suas células musculares projetadas são acionadas por flashes de luz para contrair ou "exercitar".