Pesquisadores Desenvolvem RoboBee Resistente com Músculos Artificiais Macios

Pesquisadores do Laboratório de Microrrobótica de Harvard na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson (SEAS), juntamente com o Instituto Wyss para Engenharia Inspirada em Biologia, desenvolveram um RoboBee movido a músculos artificiais macios. O microrrobô é capaz de colidir com paredes, cair no chão e colidir com outros RoboBees sem sofrer danos. Em um grande momento para a robótica, o RoboBee é o primeiro microrrobô movido a atuadores macios capaz de alcançar voo controlado.

Yufeng Chen é o primeiro autor do artigo e um ex-aluno de graduação e pós-doutorado em SEAS.

“Houve um grande esforço no campo da microrrobótica para criar robôs móveis a partir de atuadores macios porque eles são tão resilientes”, disse Chen. “No entanto, muitas pessoas no campo têm sido céticas de que eles pudessem ser usados para robôs voadores porque a densidade de potência desses atuadores simplesmente não foi alta o suficiente e eles são notoriamente difíceis de controlar. Nosso atuador tem densidade de potência e controllabilidade suficientes para alcançar voo pairado.”

A pesquisa foi publicada em Nature.

Problemas Enfrentados

Um dos problemas com que os pesquisadores lidaram foi a densidade de potência. Eles procuraram os atuadores macios acionados eletricamente que foram desenvolvidos no laboratório de David Clarke, o Professor Estendido Tarr de Materiais. Os atuadores macios são criados usando elastômeros dielétricos, que são materiais macios com propriedades isolantes fortes. Quando um campo elétrico é aplicado, os elastômeros dielétricos se deformam.

Depois de melhorar a condutividade do eletrodo, o atuador foi capaz de ser operado a 500 Hertz. Isso é semelhante aos atuadores rígidos usados anteriormente em robôs.

Outro problema com os atuadores macios é que o sistema frequentemente se torna instável. Para superar isso, os pesquisadores desenvolveram uma estrutura leve de ar. Ela consistia em um pedaço de fio de restrição vertical para evitar que o atuador se deformasse.

Capacidade de Voo

Dentro dos robôs em pequena escala, os atuadores macios podem ser facilmente trocados e montados. Os pesquisadores desenvolveram vários modelos diferentes do RoboBee movido a músculos macios para demonstrar as várias capacidades de voo.

Um dos modelos tem duas asas e pode decolar do chão. No entanto, esse modelo não tem controle adicional. Um modelo de quatro asas e dois atuadores é capaz de voar em um ambiente lotado. Em um único voo, o RoboBee é capaz de evitar várias colisões.

Elizabeth Farrell Helbling é uma ex-aluna de graduação em SEAS e coautora do artigo.

“Uma vantagem dos robôs em pequena escala e baixa massa é sua resistência a impactos externos”, disse ela. “O atuador macio fornece um benefício adicional porque pode absorver impactos melhor do que estratégias de atuação tradicionais. Isso seria útil em aplicações potenciais, como voar através de escombros para missões de busca e resgate.”

Outro modelo é o RoboBee de oito asas e quatro atuadores. Ele é capaz de realizar voo pairado controlado, o que é a primeira vez que isso foi demonstrado por um microrrobô voador movido a músculos macios.

O Que Vem a Seguir?

Os pesquisadores agora estão procurando aumentar a eficiência do RoboBee movido a músculos macios. Ele ainda tem um longo caminho a percorrer antes de alcançar os robôs voadores tradicionais.

Robert Wood é um Professor Charles River de Engenharia e Ciências Aplicadas em SEAS. Ele também é um membro do corpo docente do Instituto Wyss para Engenharia Inspirada em Biologia e autor sênior do artigo.

“Atuadores macios com propriedades semelhantes a músculos e ativação elétrica representam um grande desafio na robótica”, diz o Professor Wood. “Se pudermos criar músculos artificiais de alto desempenho, o céu é o limite para o que podemos construir com robôs.”