Pesquisadores Desenvolvem Atuadores de Robôs Macios Auto-Reparáveis

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia desenvolveu uma solução para o desgaste de atuadores de robôs macios devido à atividade repetida: um polímero biossintético auto-reparável baseado em anéis de dentes de lula. O material é benéfico para atuadores, mas também pode ser aplicado em qualquer lugar onde pequenos buracos possam causar problemas, como em trajes de proteção contra materiais perigosos.

De acordo com o relatório publicado na Nature Materials, “Os materiais auto-reparáveis atuais têm limitações que restringem sua aplicação prática, como baixa resistência à reparação e longos tempos de reparação (horas).”

Inspirados por criaturas auto-reparáveis da natureza, os pesquisadores criaram proteínas sintéticas de alta resistência. Elas são capazes de se reparar automaticamente danos visíveis e microscópicos.

Melik Demirel é professor de engenharia de ciência e mecânica e titular da Cátedra Lloyd e Dorothy Foehr Huch em Materiais Biomiméticos.

“Nosso objetivo é criar materiais programáveis auto-reparáveis com controle sem precedentes sobre suas propriedades físicas usando biologia sintética”, disse ele.

Braços Robóticos e Próteses

Algumas máquinas robóticas, como braços robóticos e pernas protéticas, dependem de articulações que estão constantemente em movimento. Isso exige um material macio, e o mesmo é verdade para ventiladores e vários tipos de equipamentos de proteção individual. Esses materiais, e qualquer um que sofra movimento repetitivo contínuo, correm o risco de desenvolver pequenas rachaduras e fissuras, eventualmente quebrando. Com o uso de material auto-reparável, essas pequenas rachaduras podem ser reparadas rapidamente antes que qualquer dano grave seja feito.

Repetições em Tandem de DNA

A equipe de pesquisadores criou o polímero auto-reparável usando uma série de repetições em tandem de DNA consistindo em aminoácidos produzidos por duplicação gênica. Repetições em tandem são frequentemente uma curta série de moléculas que podem se repetir um número ilimitado de vezes.

Abdon Pena-Francelsch é o autor principal do artigo e um ex-aluno de doutorado no laboratório de Demirel.

“Conseguimos reduzir um período de reparação típico de 24 horas para um segundo, então nossos robôs macios baseados em proteínas agora podem se reparar imediatamente”, disse Abdon Pena-Francelsch. “Na natureza, a auto-reparação leva muito tempo. Nesse sentido, nossa tecnologia supera a natureza.”

De acordo com Demirel, o polímero auto-reparável pode se reparar com a aplicação de água, calor e até luz.

“Se você cortar esse polímero ao meio, quando ele se reparar, ele recupera 100% de sua resistência”, disse Demirel.

Metin Sitti é diretor do Departamento de Inteligência Física do Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes, em Stuttgart, Alemanha.

“Materiais macios fisicamente inteligentes e auto-reparáveis são essenciais para construir robôs e atuadores macios robustos e tolerantes a falhas no futuro próximo”, disse Sitti.

A equipe conseguiu criar o polímero macio de cura rápida ajustando o número de repetições em tandem. Ele é capaz de reter sua resistência original, e ao mesmo tempo, eles conseguiram tornar o polímero 100% biodegradável e 100% reciclável no mesmo polímero.

https://www.youtube.com/watch?v=xTmgXnnG27k

Polímeros à Base de Petróleo

“Queremos minimizar o uso de polímeros à base de petróleo por muitos motivos”, disse Demirel. “Mais cedo ou mais tarde, vamos acabar com o petróleo e também está poluindo e causando aquecimento global. Não podemos competir com os plásticos realmente baratos. A única maneira de competir é fornecer algo que os polímeros à base de petróleo não possam entregar e a auto-reparação fornece o desempenho necessário.”

De acordo com Demirel, muitos dos polímeros à base de petróleo podem ser reciclados, mas precisam ser transformados em algo diferente.

Os polímeros biomiméticos são capazes de se biodegradar, e ácidos como vinagre podem reciclá-los em um pó que pode ser fabricado no polímero auto-reparável original.

Stephanie McElhinny é gerente de programa de bioquímica no Escritório de Pesquisa do Exército.

“Essa pesquisa ilumina o panorama de propriedades de materiais que se tornam acessíveis indo além das proteínas que existem na natureza usando abordagens de biologia sintética, disse McElhinny. “A cura rápida e de alta resistência dessas proteínas sintéticas demonstra o potencial dessa abordagem para entregar materiais novos para aplicações futuras do Exército, como equipamentos de proteção individual ou robôs flexíveis que possam manobrar em espaços confinados.”