Pesquisadores Desenvolvem Fluxo de Processo para Orientar a Impressão 3D em Robótica de Materiais Flexíveis

Robótica de materiais flexíveis é um campo em crescimento dentro da Inteligência Artificial. Esses sistemas são capazes de se adaptar com segurança a ambientes complexos e podem ter várias designs e escalas de comprimento, desde metros até submicrômetros.

Os robôs flexíveis que estão na escala de milímetros têm importância especial, pois são capazes de consistir em uma combinação de atuadores miniaturizados controlados por pressão pneumática. Esses robôs flexíveis são úteis para navegar em áreas confinadas complexas e para a manipulação de objetos pequenos.

Uma das consequências de reduzir os robôs pneumáticos flexíveis para milímetros é que eles então têm recursos mais finos. Esses recursos são reduzidos em mais de uma ordem de magnitude. Esse design requer uma grande quantidade de delicadeza quando criado por meio de métodos tradicionais, como moldagem e litografia de materiais flexíveis. Existem novas tecnologias, como o processamento de luz digital (DLP), que produzem resoluções teóricas altas, mas ainda é difícil evitar a obstrução. Exemplos bem-sucedidos de impressão 3D de robôs flexíveis miniaturizados não ocorrem frequentemente.

Pesquisadores de Cingapura e China, principalmente da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD), Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul (SUSTech) e Universidade de Zhejiang (ZJU), criaram um fluxo de processo genérico para orientar a impressão 3D DLP de atuadores pneumáticos miniaturizados para robôs flexíveis. Esses têm um tamanho geral de 2-15 mm. A pesquisa foi publicada em Tecnologias Avançadas de Materiais.

“Nós aproveitamos a alta eficiência e resolução da impressão 3D DLP para fabricar atuadores robóticos flexíveis miniaturizados”, disse o Professor Associado Qi (Kevin) Ge, da SUSTech, líder do projeto de pesquisa. “Para garantir a fidelidade de impressão confiável e o desempenho mecânico nos produtos impressos, introduzimos um novo paradigma para a adaptação sistemática e eficiente da formulação do material e dos parâmetros de processamento-chave.”

A forma como a impressão 3D DLP funciona é adicionando fotoabsorvedores às soluções de polímero. Isso melhora as resoluções de impressão nas direções lateral e vertical. Aumentar a quantidade causará uma degradação rápida na elasticidade do material. A elasticidade é extremamente importante para que os robôs flexíveis suportem grandes deformações.

“Para alcançar um equilíbrio razoável, primeiro selecionamos um fotoabsorvedor com boa absorvência na longitude de onda da luz UV projetada e determinamos a formulação adequada do material com base em testes de desempenho mecânico. Em seguida, caracterizamos a profundidade de cura e a fidelidade XY para identificar a combinação adequada de tempo de exposição e espessura da camada fatiada”, explicou o coautor Yuan-Fang Zhang, da SUTD.

“Seguindo esse fluxo de processo, somos capazes de produzir uma variedade de atuadores robóticos pneumáticos flexíveis miniaturizados com várias estruturas e modos de deformação, todos menores do que uma moeda de um dólar de Cingapura, em um sistema de impressão 3D multimaterial autoconstruído. A mesma metodologia deve ser compatível com impressoras 3D comerciais de estereolitografia (SLA) ou DLP, pois não é necessária nenhuma modificação de hardware”, disse o autor correspondente, Professor Qi Ge, da SUSTech.

Além disso, os pesquisadores também desenvolveram um removedor de detritos flexível que tem um manipulador contínuo e um pegador pneumático flexível miniaturizado impresso em 3D. Ele é capaz de navegar por um espaço confinado e coletar objetos pequenos que estão em locais difíceis de alcançar.

Esses novos desenvolvimentos ajudarão no processo de impressão 3D de robôs flexíveis miniaturizados com geometrias complexas e projetos multimateriais sofisticados. A integração de atuadores pneumáticos flexíveis impressos em um sistema robótico proporcionará muitas oportunidades. Essas novas tecnologias podem ser aplicadas a aplicações como manutenção de motores a jato e cirurgia minimamente invasiva, e elas continuarão a ser desenvolvidas para que possam beneficiar muitas mais áreas.

Veja mais sobre a Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura, onde você pode encontrar informações sobre as pesquisas atuais sendo realizadas nesses campos.