Grandes Desenvolvimentos Nos Aproximam de Robôs Macios Totally Desatrelados

Pesquisadores da Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e do Caltech desenvolveram novos sistemas robóticos macios inspirados no origami. Esses novos sistemas são capazes de se mover e mudar de forma em resposta a estímulos externos. Os novos desenvolvimentos nos aproximam de ter robôs macios totalmente desatrelados. Os robôs macios que possuímos hoje utilizam energia e controle externos. Por causa disso, eles precisam ser conectados a sistemas externos com componentes rígidos.

A pesquisa foi publicada na Science Robotics. Jennifer A. Lewis, professora de Engenharia Inspirada em Biologia da SEAS e co-autora principal do estudo, falou sobre os novos desenvolvimentos.

“A capacidade de integrar materiais ativos dentro de objetos impressos em 3D permite o design e a fabricação de novas classes de matéria robótica macia”, disse ela.

Os pesquisadores utilizaram o origami como modelo para criar robôs macios multifuncionais. O origami, por meio de dobras sequenciais, é capaz de mudar para múltiplas formas e funcionalidades enquanto permanece em uma estrutura única. A equipe de pesquisa utilizou elastômeros de cristal líquido que são capazes de mudar de forma quando expostos ao calor. A equipe utilizou a impressão 3D para obter dois tipos de dobradiças macias. Essas dobradiças se dobram dependendo da temperatura e podem ser programadas para se dobrar em uma ordem específica.

Arda Kotikan é um estudante de pós-graduação da SEAS e da Graduate School of Arts and Sciences e co-autor principal do artigo.

“Com nosso método de impressão 3D de dobradiças ativas, temos total programabilidade sobre a resposta à temperatura, a quantidade de torque que as dobradiças podem exercer, seu ângulo de flexão e orientação de dobra. Nosso método de fabricação facilita a integração desses componentes ativos com outros materiais”, disse ela.

Connor McMahan é um estudante de pós-graduação do Caltech e co-autor principal do artigo.

“Usar dobradiças torna mais fácil programar funções robóticas e controlar como um robô mudará de forma. Em vez de ter o corpo inteiro de um robô macio deformar de maneiras difíceis de prever, você só precisa programar como algumas pequenas regiões da estrutura responderão às mudanças de temperatura”, disse ele.

A equipe de pesquisadores construiu vários dispositivos macios. Um desses dispositivos foi um robô macio desatrelado chamado “Rollbot”. Ele começa como uma folha plana de 8 centímetros de comprimento e 4 centímetros de largura. Quando entra em contato com uma superfície quente de cerca de 200°C, um conjunto de dobradiças se dobra e dá forma ao robô em uma roda pentagonal.

Em cada uma das cinco laterais da roda, há mais conjuntos de dobradiças que se dobram quando em contato com uma superfície quente.

“Muitos robôs macios existentes requerem um cabo de conexão a sistemas de energia e controle externos ou são limitados pela quantidade de força que podem exercer. Essas dobradiças ativas são úteis porque permitem que os robôs macios operem em ambientes onde cabos de conexão são impraticáveis e levantem objetos muitas vezes mais pesados do que as próprias dobradiças”, disse McMahan.

Essa pesquisa que foi realizada se concentrou apenas em respostas à temperatura. No futuro, os elastômeros de cristal líquido serão estudados mais a fundo, pois também são capazes de responder à luz, pH, umidade e outros estímulos externos.

“Esse trabalho demonstra como a combinação de polímeros responsivos em um compósito arquitetado pode levar a materiais com auto-ativação em resposta a diferentes estímulos. No futuro, tais materiais podem ser programados para realizar tarefas cada vez mais complexas, borrando as fronteiras entre materiais e robôs”, disse Chiara Daraio, professora de Engenharia Mecânica e Física Aplicada do Caltech e co-autora principal do estudo.

A pesquisa incluiu co-autores Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad e Robert D. Weeks. O trabalho foi apoiado pelo Army Research Office, Harvard Materials Research Science and Engineering Center através da National Science Foundation e da NASA Space Technology Research Fellowship.