Shrilk: o biomaterial feito de casca de camarão e seda
O Shrilk é um biomaterial feito de dois ingredientes que a natureza já produz em grande quantidade: a quitosana, tirada da casca de camarão, e a fibroína, uma proteína da seda. Empilhados em camadas, como na casca dos insetos, eles formam um material transparente que, segundo os criadores, tem a resistência de uma liga de alumínio com metade do peso, e que se decompõe no solo.
Este artigo explica o que é o Shrilk, de onde vem a resistência dele, o que os números publicados dizem e o que não dizem, e por que, mais de uma década depois do anúncio, ele não virou produto de prateleira. As fontes são o Instituto Wyss, da Universidade Harvard, onde o material foi criado, o resumo do artigo científico original e a Harvard Gazette.
O que é o Shrilk
O nome junta as palavras inglesas para camarão (shrimp) e seda (silk). O material foi apresentado em dezembro de 2011 por Javier Fernandez e Donald Ingber, do Instituto Wyss, e descrito num artigo da revista Advanced Materials em 2012.
Os dois componentes:
- Quitosana, obtida da quitina, o material das cascas de camarões, caranguejos e insetos. Segundo um comunicado de 2014 do instituto, citado adiante, a quitina é o segundo material orgânico mais abundante da Terra, e a fonte usual é a casca de camarão descartada pela indústria de pescado.
- Fibroína, a proteína que dá estrutura ao fio da seda.
A resistência vem das camadas
A casca de um inseto é leve, rígida onde precisa proteger e flexível nas articulações. Ela consegue isso com poucas matérias-primas, organizadas em camadas de quitina e proteína, uma sobre a outra, como numa chapa de compensado. Os pesquisadores copiaram essa arquitetura em vez de inventar uma química nova.
O resumo do artigo científico dá a medida do efeito da estrutura:
| Comparação | Resistência e tenacidade do laminado |
|---|---|
| Contra a simples mistura dos dois ingredientes, sem camadas | 10 vezes maiores |
| Contra o ingrediente mais forte, sozinho | 2 vezes maiores |
| Contra uma liga de alumínio | mesma resistência, com metade do peso |
A primeira linha é a que mais ensina. Os mesmos dois materiais, apenas misturados, ficam dez vezes mais fracos do que quando são empilhados em lâminas. A resistência vem do arranjo. Tenacidade, aqui, é a capacidade de absorver energia antes de quebrar: um vidro é resistente e pouco tenaz, e o Shrilk combina as duas qualidades.
O que os números não dizem
As fontes abertas que consultamos não trazem o valor da resistência em megapascals nem a densidade do material; o artigo completo é de acesso pago. Circula na internet o número de 119 MPa, que não conseguimos conferir na fonte, e por isso não o usamos. A comparação que podemos sustentar é a do próprio resumo: a de uma liga de alumínio com metade do peso. Para dar a escala, o alumínio tem cerca de 2,7 gramas por centímetro cúbico (valor usual de tabela); uma peça de Shrilk com a mesma resistência pesaria perto da metade.
Rígido ou flexível, conforme a água
O instituto informa que, controlando o teor de água durante a fabricação, os pesquisadores reproduziram a variação de rigidez da casca dos insetos, do elástico ao rígido. É uma vantagem de projeto: o mesmo material serve para uma peça dura ou para uma película maleável.
É também a principal fraqueza. A Harvard Gazette registrou, em 2012, que o material fica flexível quando molhado e que a equipe buscava soluções para uso em ambientes úmidos. Uma embalagem que amolece com a umidade tem uso limitado.
O que acontece quando é descartado
O Shrilk se degrada no solo, e os componentes funcionam como adubo: a página de tecnologia do Instituto Wyss diz que o material se biodegrada rapidamente em compostagem e libera nutrientes ricos em nitrogênio.
A mesma página traz o contexto que motivou a pesquisa. Desde a década de 1950 foram produzidos cerca de 8,3 bilhões de toneladas de plástico. Do plástico que virou resíduo, 9% foram reciclados, 12% incinerados e 79% se acumulam em aterros e no ambiente. Não multiplicamos os percentuais pelo total produzido, porque eles se referem ao resíduo, e a página não informa esse volume.
A versão de 2014: sem a seda
A seda é o ingrediente caro. Em março de 2014, a mesma equipe anunciou um bioplástico só de quitosana, sem a fibroína, para reduzir o custo, segundo o comunicado do instituto. As novidades:
- o material pode ser moldado por fundição ou por injeção, os processos usuais da indústria de plásticos, e a equipe mostrou peças de xadrez feitas assim;
- ele se decompõe em cerca de duas semanas quando devolvido ao ambiente;
- num teste, um pé de feijão-fradinho cresceu por três semanas em solo enriquecido com o bioplástico.
O prazo de duas semanas é do bioplástico de 2014, e não do Shrilk original. Outro material que usa organismos vivos para resolver um problema de engenharia é o bioconcreto, e a fabricação de peças camada por camada está em manufatura aditiva.
Para que serviria
Os usos propostos pelo instituto e pela Harvard Gazette vão em duas direções:
- Descartáveis: sacos de lixo, embalagens e fraldas, que hoje são feitos de plástico comum e vão para o aterro.
- Medicina: fios de sutura para feridas que sofrem muita carga, como no reparo de hérnias, coberturas para queimaduras e suportes para regeneração de tecidos. Os dois ingredientes já eram aprovados pela agência americana FDA, segundo a Gazette.
Por que ainda não está nas lojas
Não encontramos evidência de um produto comercial feito de Shrilk. Em 2014, o próprio instituto dizia que o próximo desafio era levar o processo do laboratório para uma fábrica, com um parceiro industrial. A página atual da tecnologia não cita nenhuma empresa licenciada para produzir o Shrilk.
Os obstáculos que aparecem nas fontes são três: a sensibilidade à água, o custo da seda, que levou à versão só de quitosana, e a distância entre moldar uma peça de xadrez no laboratório e produzir toneladas por dia. O instituto descreve o material como de baixo custo porque a quitina é resíduo, mas não publica valores.
É um retrato comum em materiais novos: a propriedade medida em laboratório é verdadeira, e a passagem para a escala industrial é outro projeto. O mesmo cuidado vale para as baterias de grafeno.
Perguntas frequentes
O que é Shrilk?
É um biomaterial feito de quitosana, da casca de camarão, e de fibroína, proteína da seda, dispostas em camadas como na casca dos insetos.
O Shrilk é mais forte que o alumínio?
O resumo do artigo original diz que ele tem a resistência de uma liga de alumínio com metade do peso. Não diz que é mais forte.
O Shrilk é biodegradável?
Sim. Segundo o Instituto Wyss, ele se degrada em compostagem e libera nutrientes ricos em nitrogênio.
Quem inventou o Shrilk?
Javier Fernandez e Donald Ingber, do Instituto Wyss, da Universidade Harvard. O anúncio é de dezembro de 2011.
O Shrilk já é vendido?
Não encontramos produto comercial. Em 2014 o instituto ainda buscava um parceiro para a produção em escala.
O Shrilk mostra que a resistência de um material pode vir mais da arquitetura do que da química: os mesmos ingredientes rendem dez vezes mais quando empilhados em lâminas. O que falta a ele é o que falta a muitas ideias de laboratório, a escala. Outras apostas da área estão em inovações tecnológicas na engenharia.
