Impressão em 3D a partir de ondas sonoras? Sim, é possível
Uma nova tecnologia materializa instantaneamente objetos usando hologramas de ultrassom
Uma máquina que materializa instantaneamente objetos a partir de hologramas de ultrassom, certamente, parece algo de outro mundo. Mas, de acordo com uma descoberta recente de cientistas na Alemanha, não é ficção científica – é realidade.
Um novo estudo publicado na revista “Science Advances”, produzido pelo Instituto Max Planck de Pesquisa Médica e pela Universidade de Heidelberg, explora o conceito de “impressão 3D sem contato” e como ele pode ser usado, em particular, para imprimir tecidos vivos.
A impressão 3D tradicional depende de técnicas como adicionar camada por camada de material, até que o objeto esteja completo. Mas esta nova tecnologia usa ondas sonoras que “empurram” a matéria sem tocá-la fisicamente. Os cientistas encontraram uma maneira de construir formas 3D usando essas ondas.
Segundo Kai Melde, principal autor do estudo, a tecnologia tem um grande potencial para a “montagem de células biológicas” porque “o ultrassom é suave e não tóxico para elas e, por não haver contato, mantém o ambiente estéril e as células felizes”, explica.
A pesquisa ressalta que os métodos tradicionais de impressão de tecidos vivos são lentos e causam “estresse” mecânico e químico nas células.
“Anos atrás, começamos a pensar em como reunir partículas sem contato e exploramos todos os tipos de campos”, diz Melde. Ele e sua equipe testaram de tudo: pinças ópticas, magnéticas, campos elétricos até, finalmente, chegar em campos acústicos.
Qualquer pessoa que já foi a algum show na vida sabe o quanto o som afeta a matéria física: o som estridente dos alto-falantes exerce força nos nossos corpos, às vezes tão grande que nos deixa sem fôlego.
Muito antes de a equipe de Melde começar a realizar os estudos, já se usavam campos acústicos ultrassônicos para manipular pequenas matérias de maneiras simples, organizando partículas em torno de um único ponto ou em linhas retas.
O ponto de virada foi quando os pesquisadores pensaram em usar hologramas para moldar objetos no espaço 3D. Mas, em vez de luz, estes hologramas eram feitos de ultrassom.
Pense nas ondas sonoras como mãos invisíveis moldando a matéria sem realmente tocá-la. Os hologramas de som são, na prática, moldes que podem ser produzidos em qualquer formato.
Mas o processo é bastante complexo. A criação de formas 3D requer o uso de vários campos holográficos que se sobrepõem e interagem entre si, de acordo com Melde. Os algoritmos necessários para calcular as formas dos hologramas são tão complicados que exigem uma enorme capacidade computacional.
“O problema da computação 3D é que os requisitos de memória aumentam rapidamente quando você adiciona a terceira dimensão”, diz ele. “Então, além disso, você precisa calcular o campo de onda para todo o volume, o que precisa ser repetido várias vezes por meio de um processo de otimização.”
Para resolver este problema, eles recorreram à aceleração de GPU – processadores usados em placas de vídeo para renderizar os complexos e realistas mundos 3D de jogos – e ao TensorFlow, do Google, o software mais famoso de machine learning e inteligência artificial.
Feitos os cálculos, é hora de “imprimir” o objeto. Este é um processo comparativamente simples: a máquina dispara os campos de ultrassom em direção a uma placa de Pétri, moldando as células biológicas (ou qualquer matéria microscópica, na verdade) suspensas em um líquido que as alimenta com nutrientes para mantê-las vivas.
O mais incrível de tudo é a rapidez com que o processo se dá: o objeto se forma instantaneamente, ao contrário dos métodos tradicionais de impressão 3D, que levam muito tempo.
No entanto, os resultados são pequenos em escala. O maior objeto que conseguiram produzir foi uma hélice dupla com cerca de 20 mm de comprimento e 10 mm de diâmetro. Pode parecer minúsculo, já que é do tamanho de uma unha, mas é um feito extraordinário.
Este pode ser o primeiro passo em direção a um futuro no qual poderemos imprimir órgãos com segurança, um sonho que antes parecia inalcançável. Mas, como disse certa vez o autor de ficção científica Robert A. Heinlein, “tudo é teoricamente impossível, até que seja feito”.
