Prótese de fala fica segura buscando inspiração nas plantas carnívoras

Uma bexiga cheia de água em seu estado fechado (Utricularia vulgaris) e a foto do protótipo bioinspirado.
[Imagem: N. Knorr et al. - 10.1038/s41598-024-77595-0]

Válvula fonatória

Pacientes que utilizam cânulas de traqueostomia não conseguem falar sem o auxílio de implantes, conhecidos como válvulas de fala, ou válvulas fonatórias. São dispositivos médicos que permitem que o ar passe pelas cordas vocais, restaurando a capacidade de falar e deglutir de forma mais natural.

Mas há riscos: Se as válvulas de fala forem usadas incorretamente, pode ocorrer uma sobrepressão perigosa, que pode causar complicações sérias e até mesmo a morte.

Agora, engenheiros e médicos da Universidade de Friburgo (Alemanha) desenvolveram uma nova tecnologia de válvula de fala para lidar com esses riscos. O implante ganhou uma válvula de liberação de pressão integrada e um sinal de alerta sonoro.

Isto foi possível buscando inspiração no mecanismo de captura de presas da planta carnívora Utricularia vulgaris, plantas aquáticas ou semi-aquáticas que desenvolveram um sistema complicado de armadilhas com válvulas, que as permitem pegar e digerir pequenas presas.

São como bexigas especializadas, ocas e cheias de água. Essas bexigas criam um vácuo interno e são fechadas por uma espécie de porta de alçapão especial. Quando pequenas criaturas tocam os finos pelos do gatilho, na parte externa da porta, ela se abre para dentro em 0,5 milissegundo. Esse mecanismo de abertura rápido e confiável permite que a água flua para dentro, arrastando a presa com ela. A porta da armadilha então se fecha novamente por meio de um mecanismo de redefinição elástico.

Modelo biológico e produto biomimético em comparação direta. A estrutura e a geometria da porta de alçapão (esquerda) foram transferidas para a membrana (direita). Em um excesso de pressão entre 40-50 mbar, a membrana abre e permite que o ar escape pelo tubo.
[Imagem: N. Knorr et al. - 10.1038/s41598-024-77595-0]

Válvula de fala biomimética

A equipe reproduziu esse comportamento em um dispositivo biônico, que permite que a pressão de abertura seja ajustada de forma flexível, para que a válvula de fala possa ser adaptada às necessidades individuais de cada paciente.

O princípio da planta carnívora foi aplicado à nova válvula de liberação de pressão por meio de uma membrana flexível, que imita o movimento de abertura da armadilha da planta e reage a aumentos críticos de pressão na válvula fonatória. Ao atingir um limite de pressão específico, que pode ser ajustado com base na espessura e na composição da membrana, a membrana se abre, permitindo a liberação regulada do excesso de ar.

O ar flui através de um módulo de tubo situado atrás da porta de alçapão, gerando um sinal acústico. Este sinal serve como um alerta para a equipe médica, chamando imediatamente a atenção para circunstâncias potencialmente perigosas.

A equipe patenteou sua invenção e garante que ela está pronta para auxiliar os pacientes.