Robôs de Tamanho Milimétrico Controlados com Campos Magnéticos

Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Singapura (NTU Singapura), desenvolveram robôs de tamanho milimétrico que são controlados com campos magnéticos. Esses robôs são capazes de executar manipulações altamente manobráveis e destros, e podem ter um grande impacto em campos como biomedicina e manufatura.

A pesquisa foi publicada na revista científica Advanced Materials em maio.

Construindo sobre Robôs de Pequena Escala Existente

Os robôs miniaturizados foram criados incorporando partículas magnéticas microscópicas em polímeros biocompatíveis, que são materiais não tóxicos para humanos. Os robôs são programados para que, quando campos magnéticos são aplicados, eles realizem suas funcionalidades desejadas.

A nova tecnologia foi construída sobre robôs de pequena escala existentes, e as novas adições incluem uma capacidade otimizada de se mover em seis graus de liberdade (DoF), que é o movimento translacional ao longo dos três eixos espaciais e o movimento rotacional em torno desses eixos, ou ângulos de rotação, arfada e guinada.

Os pesquisadores já haviam desenvolvido anteriormente robôs miniaturizados de seis DoF, mas as novas versões podem girar 43 vezes mais rápido no sexto DoF crítico, desde que sua orientação seja controlada com precisão.

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Devido ao uso de materiais “macios” em sua construção, os robôs podem replicar qualidades mecânicas. Por exemplo, um pode nadar enquanto outro pode agarrar, pegar e colocar objetos miniaturizados com precisão.

O Professor Assistente Lum Guo Zhan, da Escola de Medicina e Engenharia Aeroespacial, é o autor principal do estudo.

De acordo com o Professor Lum, o grande avanço depende fortemente da descoberta do “elusivo” terceiro e último vetor principal dos campos magnéticos. Antes dessa descoberta, os campos magnéticos aplicados eram definidos apenas em termos de dois vetores principais.

“Minha equipe buscou descobrir os princípios fundamentais de funcionamento dos robôs miniaturizados que têm movimentos de seis DoF por meio desse trabalho. Ao entender completamente a física desses robôs miniaturizados, agora podemos controlar seus movimentos com precisão. Além disso, nosso método de fabricação proposto pode magnetizar esses robôs para produzir torques de seis DoF 51 a 297 vezes maiores do que os dispositivos existentes. Nossas descobertas são, portanto, fundamentais e representam um avanço significativo para as tecnologias robóticas de pequena escala”, disse o Prof. Lum.

Os robôs miniaturizados medem cerca do tamanho de um grão de arroz, então são úteis quando se tenta alcançar espaços confinados e fechados que limitam os robôs maiores. Isso significa que o novo desenvolvimento é especialmente útil na medicina.

Os robôs podem ser controlados remotamente por um operador e um programa executado em um computador de controle. O programa altera a força e a direção dos campos magnéticos gerados por um sistema de bobinas eletromagnéticas.

Na medicina, os robôs miniaturizados podem alcançar certos órgãos vitais, como o cérebro, mas será necessário muito mais teste e ajuste antes que possam ser aplicados dessa forma.

Os coautores da pesquisa incluem os estudantes de doutorado Xu Changyu e Yang Zilin, da Escola de Engenharia Mecânica e Aeroespacial.

“Além da cirurgia, nossos robôs também podem ser valiosos em aplicações biomédicas, como montar dispositivos lab-on-chip que podem ser usados para diagnósticos clínicos, integrando vários processos de laboratório em um único chip”, disseram.

Testando os Robôs

A equipe de pesquisa testou os robôs em experimentos de laboratório e demonstrou sua destreza e velocidade.

Com um robô inspirado em água-viva, a equipe controlou-o para nadar através de uma barreira de abertura apertada quando suspenso na água. Esse experimento demonstrou como os robôs podem negociar barreiras em ambientes dinâmicos e incertos, o que significa que no futuro eles podem ser usados para aplicações biomédicas direcionadas, como procedimentos cirúrgicos.

O robô miniaturizado também excedeu a rotação mais rápida de qualquer robô miniaturizado existente.

A equipe de pesquisa agora busca tornar os robôs ainda menores, reduzindo-os a alguns centenas de micrômetros. Eles também querem que eles sejam eventualmente totalmente autônomos.