Material Sintético Permite que Robôs Macios “Cresçam” como Plantas

Uma equipe de cientistas e engenheiros da Universidade de Minnesota desenvolveu um processo de extrusão inspirado em plantas que permite o crescimento de materiais sintéticos, o que pode permitir que robôs macios “cresçam” como plantas. O método é inovador e novo, e os robôs resultantes poderiam navegar em espaços apertados, terrenos complicados e até mesmo áreas dentro do corpo humano.

A pesquisa, que foi financiada pela Fundação Nacional de Ciência, foi publicada no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Robôs que “Crescem” ao se Moverem

Chris Ellison é o autor principal do artigo e professor no Departamento de Engenharia Química e Ciência de Materiais da Universidade de Minnesota Twin Cities.

“Esta é a primeira vez que esses conceitos foram fundamentalmente demonstrados”, disse Ellison. “Desenvolver novas maneiras de fabricação é fundamental para a competitividade do nosso país e para trazer novos produtos às pessoas. No lado robótico, os robôs estão sendo usados cada vez mais em ambientes perigosos e remotos, e essas são as áreas onde esse trabalho pode ter um impacto.”

Robôs macios são robôs feitos de materiais macios e flexíveis em vez de materiais rígidos, e esses novos tipos de robôs macios em crescimento podem gerar novo material e “crescer” ao se moverem. Eles podem ser aplicados a uma variedade de aplicações e são especialmente úteis para navegar em áreas remotas inacessíveis aos humanos. Aplicações reais podem incluir inspeções ou instalação de tubos subterrâneos, ou navegação dentro do corpo humano.

Os robôs macios em crescimento que atualmente temos acesso deixam um rastro de material sólido atrás deles, e usam calor e/ou pressão para transformar o material em uma estrutura mais permanente. Os pesquisadores comparam isso a uma impressora 3D, que é alimentada com filamento sólido para produzir um produto moldado. Apesar disso, o material macio se torna difícil quando o robô precisa se mover em torno de curvas, o que significa que é difícil para os robôs navegar em certos obstáculos.

Desenvolvendo Novas Formas de Extrusão

Para resolver esse problema, a equipe desenvolveu uma nova forma de extrusão. O novo processo envolve material sendo empurrado através de uma abertura para criar uma forma específica, e permite que o robô crie seu material sintético a partir de líquidos em vez de sólidos.

Matthew Hausladen é o autor principal do artigo e um estudante de doutorado no Departamento de Engenharia Química e Ciência de Materiais da Universidade de Minnesota Twin Cities.

“Nós fomos realmente inspirados por como as plantas e fungos crescem”, disse Hausladen. “Nós pegamos a ideia de que as plantas e fungos adicionam material no final de seus corpos, seja nas pontas das raízes ou nas novas brotações, e traduzimos isso para um sistema de engenharia.”

Os pesquisadores queriam imitar o processo de plantas que usam água para transportar os blocos de construção que se transformam em raízes sólidas à medida que a planta cresce para fora. Para alcançar isso com material sintético, a equipe contou com uma técnica conhecida como fotopolimerização, que usa luz para transformar monômeros líquidos em material sólido. O robô macio pode usar essa tecnologia para navegar mais facilmente em torno de obstáculos e curvas sem a necessidade de arrastar material sólido.

Aplicações Reais Possíveis

A equipe afirma que o novo processo também pode ser aplicado na fabricação, especialmente em aplicações que usam calor, pressão e máquinas para criar e moldar materiais que podem não ser necessários.

“Uma parte muito importante deste projeto é que temos cientistas de materiais, engenheiros químicos e engenheiros robóticos todos envolvidos”, continuou Ellison. “Ao colocar todo o nosso conhecimento especializado juntos, realmente trouxemos algo único para este projeto, e estou confiante de que nenhum de nós poderia ter feito isso sozinho. Isso é um ótimo exemplo de como a colaboração permite que os cientistas abordem problemas fundamentais difíceis e tenham um impacto tecnológico.”

A equipe de pesquisadores também inclui os pesquisadores do Departamento de Engenharia Química e Ciência de Materiais da Universidade de Minnesota Boran Zhao (pesquisador pós-doutorado) e Lorraine Francis (Professora Distinguida do Colégio de Ciência e Engenharia); e os pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Minnesota Tim Kowalewski (professor associado) e Matthew Kubala (estudante de graduação).