Cientistas Criam Robôs Leves Inspirados nas Juntas dos Aranhas

Cientistas do Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes na Alemanha e da Universidade de Colorado Boulder nos Estados Unidos desenvolveram novos robôs leves usando os princípios das juntas das aranhas.

A pesquisa intitulada “Atuadores eletro-hidráulicos inspirados em aranhas para juntas rápidas e macias” foi publicada na Advanced Science. 

As aranhas frequentemente servem de inspiração no campo da robótica, especialmente porque elas movem seus membros por meio de mecanismos de atuação hidráulica quando caçam presas, que os cientistas tentam implementar em robôs.

Usando esses princípios, a equipe de cientistas conseguiu impulsionar robôs articulados sem componentes volumosos e conectores, o que ajuda a evitar que sejam pesados e aumenta a portabilidade e a velocidade. 

Devido às estruturas leves e simples usadas em sua construção, o robô pode pular 10 vezes sua altura.

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Juntas SES

Os cientistas confiaram nas Juntas Eletro-hidráulicas Macias Inspiradas em Aranhas, ou juntas SES, para alcançar alto desempenho nos robôs. As juntas podem ser configuradas de várias maneiras, mesmo fora de um aranho-robô.

O artigo de pesquisa detalha uma junta bidirecional, um membro artificial multi-segmentado e uma garra de três dedos, que pode ser usada para agarrar e pegar objetos. Todas as criações diferentes têm traços semelhantes. Eles são leves, simples e exibem alto desempenho, o que os torna úteis para sistemas robóticos que exigem movimento rápido e interagem com diferentes ambientes. 

As juntas SES foram baseadas na tecnologia HASEL previamente inventada pela equipe para construir músculo artificial. As juntas SES imitam um mecanismo de exoesqueleto que tem elementos rígidos e mais macios, semelhante à maneira como uma aranha estende suas pernas por meio de forças hidráulicas.

Desenvolvendo os Robôs Inspirados em Aranhas

Os cientistas primeiro criaram uma bolsa flexível feita de filmes plásticos finos, que foram preenchidos com um líquido dielétrico. Eletrodos foram colocados em cada lado da bolsa, e as bolsas serviram como atuadores, com a força hidráulica gerada por meio de forças eletrostáticas. 

A bolsa está conectada a uma junta rotativa, e quando uma alta voltagem é aplicada entre os eletrodos, o líquido dielétrico se move dentro da bolsa e a junta se flexiona. As juntas SES podem girar até 70 graus, o que leva a altos torques, e elas podem retornar à posição inicial muito facilmente. 

Christoph Keplinger é Diretor do Departamento de Materiais Robóticos do Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes. 

“As juntas SES são muito simples e leves, pois não há componentes periféricos que pesem o robô,” diz Keplinger. “Muitas aplicações para robôs macios exigem atuadores versáteis. Essas juntas inspiradas em aranhas permitem alta funcionalidade e consomem apenas uma pequena quantidade de energia, elas são fáceis e baratas de fazer — os plásticos que estamos usando são para embalagem de alimentos — e sua produção é facilmente escalável. Essas são todas as qualidades que são críticas para o design de robôs, que podem se mover de muitas maneiras diferentes e manipular uma variedade de objetos sem quebrá-los.”

Os cientistas demonstraram a versatilidade das juntas SES por meio da aplicação de uma garra de três dedos. Se a garra dependesse de uma estrutura muscular, ela teria sido obstruída ao tentar agarrar um objeto. Mas com as juntas SES como dobradiças, muito menos espaço é necessário. 

Nicholas Kellaris é o primeiro autor do artigo.

“A pesquisa se destaca porque podemos usar uma ampla variedade de materiais, até o plástico usado para fazer sacos de chips para criar as bolsas,” diz Kellaris. “Dessa forma, podemos implementar SES em uma ampla variedade de geometrias com características de atuação específicas.” 

Phillip Rothemund é o segundo autor da publicação.

“O objetivo final de nossa pesquisa não era fazer um robô aranha,” acrescenta Rothemund. “Queríamos desenvolver uma junta ativa de última geração que você possa colocar em qualquer tipo de robô.”