Robôs de Escala de Insetos Emitem Luz ao Voar

Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts foi inspirada por vagalumes para criar atuadores macios que podem emitir luz em diferentes cores ou padrões ao voar. Os músculos artificiais controlam as asas dos robôs voadores e se acendem quando estão no modo de voo. Essa nova abordagem fornece uma maneira inovadora de rastrear os robôs voadores e pode ajudá-los a se comunicar.

A nova pesquisa foi publicada em IEEE Robotics and Automation Letters.

Os músculos artificiais macios e eletroluminescentes podem ser usados para uma variedade de aplicações. Por exemplo, os robôs podem desempenhar um papel em uma missão de busca e resgate, onde eles podem encontrar sobreviventes e sinalizar para outros robôs para obter ajuda.

Rastreamento e Habilitação da Comunicação

Os robôs microescala pesam apenas um pouco mais do que um clipe de papel, e sua capacidade de emitir luz pode ajudá-los a voar sozinhos fora do ambiente de laboratório. Devido ao seu peso, os microbots não podem carregar sensores, o que significa que os pesquisadores tiveram que rastreá-los com câmeras infravermelhas que lutam ao ar livre. No entanto, a equipe desenvolveu um novo método para rastreá-los usando a luz que emitem e três câmeras de smartphone.

Kevin Chen é o Professor Assistente D. Reid Weedon, Jr. no Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação (EECS), chefe do Laboratório de Robótica Macia e Micro no Laboratório de Pesquisa de Eletrônica (RLE) e autor sênior do artigo.

“Se você pensar em robôs de grande escala, eles podem se comunicar usando muitas ferramentas diferentes – Bluetooth, wireless, todos esses tipos de coisas. Mas para um robô minúsculo e com restrições de energia, somos forçados a pensar em novos modos de comunicação. Isso é um grande passo em direção a voar esses robôs em ambientes ao ar livre onde não temos um sistema de rastreamento de movimento bem ajustado e de última geração”, diz Chen.

Fazendo Microrobôs Brilharem

A equipe incorporou partículas eletroluminescentes minúsculas nos músculos artificiais, o que adiciona apenas 2,5% mais peso sem afetar o desempenho de voo do robô.

O grupo de pesquisadores desenvolveu anteriormente uma nova técnica de fabricação para construir atuadores macios que fazem as asas do robô baterem. Eles são criados alternando camadas finas de elastômero e eletrodos de nanotubos de carbono em uma pilha antes de enrolá-los em um cilindro macio. Depois que uma voltagem é aplicada ao cilindro, os eletrodos esmagam o elastômero e essa deformação faz as asas baterem.

Para criar o atuador que brilha, a equipe colocou partículas de sulfato de zinco eletroluminescentes no elastômero, mas isso exigiu algum trabalho.

Os pesquisadores primeiro tiveram que criar um eletrodo que não bloqueasse a luz. Eles fizeram isso usando nanotubos de carbono altamente transparentes, que permitem que a luz passe. Mesmo com esses nanotubos, as partículas de zinco ainda exigiam um campo elétrico muito forte e de alta frequência para brilhar. O campo elétrico excita os elétrons nas partículas de zinco, fazendo com que elas emitem partículas subatômicas de luz, ou fótons. Um campo elétrico forte foi criado com uma alta voltagem no atuador macio e foi usado para impulsionar o robô em alta frequência. Esse processo permitiu que as partículas brilhassem.

“Tradionalmente, materiais eletroluminescentes são muito caros energeticamente, mas de certa forma, obtemos essa eletroluminescência de graça porque simplesmente usamos o campo elétrico na frequência que precisamos para voar. Não precisamos de nova atuação, novos fios ou nada. Isso só leva cerca de 3% mais energia para brilhar”, diz Chen.

A equipe descobriu que a adição de partículas de zinco reduziu a qualidade do atuador, então elas foram misturadas apenas na camada superior de elastômero. Isso fez com que o atuador ficasse cerca de 2,5% mais pesado, mas ele podia emitir luz sem afetar o desempenho de voo.

“Colocamos muito cuidado em manter a qualidade das camadas de elastômero entre os eletrodos. Adicionar essas partículas foi quase como adicionar poeira à nossa camada de elastômero. Isso exigiu muitas abordagens diferentes e muitos testes, mas encontramos uma maneira de garantir a qualidade do atuador”, diz Kim.

Ajustando a combinação química das partículas de zinco, a cor da luz pode ser alterada. A equipe criou partículas laranja, verde e azul, com cada atuador brilhando uma cor sólida.

A equipe também habilitou os atuadores a emitir luz multicolorida e padronizada, colocando uma máscara sobre a camada superior, adicionando partículas de zinco e, em seguida, curando o atuador.

Sistema de Rastreamento de Movimento

O próximo passo foi testar as propriedades mecânicas dos atuadores e medir a intensidade da luz. Eles realizaram testes de voo com um sistema de rastreamento de movimento especial, com câmeras de iPhone sendo usadas para rastrear cada atuador eletroluminescente, que servia como um marcador ativo. Depois que as câmeras detectam cada cor de luz, um programa de computador rastreia a posição dos robôs.

“Estamos muito orgulhosos de quão bom é o resultado do rastreamento, em comparação com o estado da arte. Estávamos usando hardware barato, em comparação com os dezenas de milhares de dólares que esses grandes sistemas de rastreamento de movimento custam, e os resultados de rastreamento foram muito próximos”, diz Chen.

A equipe agora busca melhorar o sistema de rastreamento de movimento para permitir o rastreamento em tempo real dos robôs, bem como tentar habilitar os microbots a ligar e desligar sua luz durante o voo.