Robô Macio Suado para Regular a Temperatura

Pesquisadores da Universidade Cornell desenvolveram um músculo robótico macio capaz de regular sua temperatura através do suor. O novo desenvolvimento é um dos muitos que estão transformando o campo da robótica macia.

A técnica de gerenciamento térmico é uma parte fundamental para criar robôs sem fio, de alta potência, capazes de operar por longos períodos de tempo sem superaquecer.

O projeto foi liderado por Rob Shepherd, professor associado de engenharia mecânica e aerospacial da Cornell.

O artigo da equipe, intitulado “Perspiração Automática em Atuadores de Hidrogel Impressos em 3D”, foi publicado na revista Science Robotics.

Um dos aspectos mais difíceis do desenvolvimento de robôs duradouros, adaptáveis e ágeis é gerenciar a temperatura interna dos robôs. De acordo com Shepherd, o robô falhará ou parará completamente se os motores de alta densidade de torque e os motores exotérmicos responsáveis por alimentar um robô superaquecerem.

Esse problema é especialmente presente em robôs macios, pois são feitos de material sintético. Os robôs macios são mais flexíveis, mas essa flexibilidade aumentada faz com que eles retenham calor. Isso não ocorre com metais, que dissipam calor muito mais rapidamente. O problema com uma tecnologia de resfriamento interno, como um ventilador, é que ela ocuparia muito espaço dentro do robô e aumentaria o peso.

Com esses desafios em mente, a equipe de Shepherd buscou inspiração nos mamíferos e sua capacidade natural de suar como base para um sistema de resfriamento.

“A capacidade de suar é uma das características mais notáveis dos humanos”, disse o coautor principal T.J. Wallin, cientista de pesquisa nos Facebook (META ) Reality Labs. “O suor aproveita a perda de água evaporada para dissipar rapidamente o calor e pode resfriar abaixo da temperatura ambiente. … Portanto, como muitas vezes acontece, a biologia forneceu um excelente guia para nós, engenheiros.”

A equipe de Shepherd colaborou com o laboratório do professor de engenharia da Cornell, Emmanual Giannelis. Juntos, criaram materiais de nanopolímero necessários para o suor. Eles desenvolveram esses materiais usando uma técnica de impressão 3D chamada estereolitografia de multi-materiais, que depende da luz para curar resina em formas pré-projetadas.

Os pesquisadores então fabricaram atuadores semelhantes a dedos compostos por dois materiais de hidrogel capazes de reter água e responder à temperatura. Outra forma de olhar para isso é que esses eram “esponjas inteligentes”. A camada base é composta por poli-N-isopropilacrilamida, que reage a temperaturas acima de 30°C (86°F) encolhendo. Essa reação espreme a água para cima, para uma camada superior de poliacrilamida perfurada com poros de micron. Os poros reagem ao mesmo intervalo de temperatura e liberam o “suor” automaticamente dilatando antes de fechar quando a temperatura cai abaixo de 30°C.

Quando a água evapora, a temperatura da superfície do atuador é reduzida em 21°C dentro de 30 segundos. Esse processo de resfriamento é três vezes mais eficiente do que o encontrado nos humanos, de acordo com os pesquisadores. Quando exposto ao vento de um ventilador, os atuadores podem resfriar cerca de seis vezes mais rápido.

Um dos problemas com a tecnologia é que ela pode afetar a mobilidade do robô. Os robôs também precisam reabastecer seu suprimento de água. Devido a isso, Shepherd imagina robôs macios que eventualmente suarão e beberão como mamíferos.

O novo desenvolvimento dessa tecnologia segue um padrão muito aparente dentro da indústria de robótica. A tecnologia está sendo desenvolvida cada vez mais com base em nosso ambiente natural. Seja o processo de resfriamento do suor presente em mamíferos, redes neurais baseadas em água-viva, ou pele artificial, a robótica é um campo que, de muitas maneiras, se baseia no que já temos na natureza.