Pesquisadores desenvolvem robô macio movido a água inspirado em pepinos do mar

Uma equipe de pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica da POSTECH desenvolveu um atuador macio auto-operado movido a água, e é mais rápido e mais forte do que os atuadores macios convencionais. A equipe foi liderada pelo professor Dong Sung Kim, Dr. Andrew Choi e Hyeonseok Han. 

A pesquisa foi publicada no Jornal de Química de Materiais A.

MCT e Pepinos do Mar

O novo desenvolvimento foi inspirado no tecido colagenoso mutável (MCT) dos pepinos-do-mar. O corpo de um pepino-do-mar é feito de MCT, o que permite endurecer ou amolecer dependendo do ambiente ao redor. O módulo de elasticidade dos pepinos-do-mar é capaz de mudar até 10 vezes em apenas alguns segundos, e é isso que permite que eles passem por pequenas fendas ou inflem para ameaçar predadores. Eles podem fazer isso formando ou destruindo pontes de hidrogênio em tecidos colagenosos controlando reguladores químicos.

Os atuadores são rígidos e podem alterar seus estados físicos usando a mudança de sinal elétrico, semelhante a um motor ou interruptor. Alguns atuadores macios, por outro lado, são capazes de responder à água e usá-la como fonte de energia. Para robótica leve que requer liberdade de movimento, os atuadores macios podem ajudar nesse sentido. Com isso dito, os atuadores flexíveis existentes geralmente são frágeis e lentos, o que significa que não podem ser aplicados de maneira eficaz.

Superior aos atuadores macios convencionais

Os pesquisadores se inspiraram no MCT dos pepinos-do-mar, que podem mudar de forma livremente ao reagir com a água. Eles então desenvolveram um atuador que é programável e baseado no hidrogel PNIPAAm em massa, que é extremamente flexível. Ele demonstrou uma força de atuação 200 vezes maior e 300 vezes mais rápida do que os atuadores macios convencionais que dependem da água como fonte de energia. Esses atuadores são capazes de usar a água como fonte de energia quando está a 80 graus Celsius. 

Por meio de vários testes, o atuador demonstrou que era robusto o suficiente para restaurar a forma original quando submetido a 300% de tensão de tração. 

Segundo a equipe, esse atuador pode ser utilizado em diversos setores, inclusive na área industrial e biomédica. Também pode fazer a diferença em robôs industriais, mais especificamente, com garras que atuam como um braço humano e levantam materiais. Esse tipo de robô também pode fechar feridas e atuar como dedos artificiais.

“O robô macio é ativado quando entra em contato com a umidade e é flexível e deformável para se adaptar facilmente a vários ambientes”, explicou o professor Dong Sung Kim. “Este atuador de hidrogel recém-desenvolvido é muito poderoso e atua rapidamente para permitir a operação mesmo em locais sem eletricidade usando energia química.”

A pesquisa foi apoiada pelo Programa de Pesquisador em Meio de Carreira e o Programa de Desenvolvimento Biomédico de Tecnologia Central financiado pelo Ministério da Ciência e TIC e pela Fundação Nacional de Pesquisa da Coréia, e o Projeto Alquimista financiado pelo Ministério do Comércio, Indústria e Energia.