Cientistas do MIT desenvolveram pequenos robôs de corpo mole que podem ser controlados com um ímã fraco. Os robôs, formados por espirais magnéticas de borracha, podem ser programados para andar, engatinhar, nadar – tudo em resposta a um campo magnético simples e fácil de aplicar.

“Esta é a primeira vez que isso foi feito, para poder controlar a locomoção tridimensional de robôs com um campo magnético unidimensional”, diz a professora Polina Anikeeva, cuja equipe publicou um artigo de acesso aberto sobre os robôs magnéticos em 3 de junho . na revista Advanced Materials. “E como são predominantemente compostos de polímeros e os polímeros são macios, não é preciso um campo magnético muito grande para ativá-los. Na verdade, é um campo magnético muito pequeno que impulsiona esses robôs”, acrescenta Anikeeva, que é professor de ciência e engenharia de materiais e ciências cerebrais e cognitivas no MIT, investigador associado do McGovern Institute for Brain Research, bem como diretor associado do MIT's Laboratório de Pesquisa de Eletrônica e diretor do K. Lisa Yang Brain-Body Center do MIT .

Os novos robôs são adequados para transportar cargas em espaços confinados e seus corpos de borracha são suaves em ambientes frágeis, abrindo a possibilidade de que a tecnologia possa ser desenvolvida para aplicações biomédicas. Anikeeva e sua equipe fizeram seus robôs com milímetros de comprimento, mas ela diz que a mesma abordagem poderia ser usada para produzir robôs muito menores.

Anikeeva diz que, até agora, os robôs magnéticos se moviam em resposta a campos magnéticos em movimento. Ela explica que, para esses modelos, “se você quer que seu robô caminhe, seu ímã anda com ele. Se você quiser que ele gire, gire seu ímã.” Isso limita as configurações nas quais esses robôs podem ser implantados. “Se você está tentando operar em um ambiente realmente restrito, um ímã em movimento pode não ser a solução mais segura. Você quer ter um instrumento estacionário que apenas aplica campo magnético a toda a amostra”, explica ela.

Youngbin Lee PhD '22, um ex-aluno de pós-graduação no laboratório de Anikeeva, projetou uma solução para esse problema. Os robôs que ele desenvolveu no laboratório de Anikeeva não são magnetizados uniformemente. Em vez disso, eles são estrategicamente magnetizados em diferentes zonas e direções para que um único campo magnético possa permitir um perfil de forças magnéticas que impulsiona o movimento.

Antes de serem magnetizados, no entanto, os corpos flexíveis e leves dos robôs devem ser fabricados. Lee inicia esse processo com dois tipos de borracha, cada um com uma rigidez diferente. Estes são colocados juntos, depois aquecidos e esticados em uma fibra longa e fina. Devido às propriedades diferentes dos dois materiais, uma das borrachas mantém sua elasticidade por meio desse processo de estiramento, mas a outra se deforma e não consegue retornar ao seu tamanho original. Então, quando a tensão é liberada, uma camada da fibra se contrai, puxando o outro lado e puxando tudo em uma bobina apertada. Anikeeva diz que a fibra helicoidal é modelada após as gavinhas sinuosas de uma planta de pepino, que espiralam quando uma camada de células perde água e se contrai mais rápido do que uma segunda camada.

Um terceiro material — cujas partículas têm potencial para se tornarem magnéticas — é incorporado a um canal que percorre a fibra emborrachada. Assim, uma vez feita a espiral, pode ser introduzido um padrão de magnetização que permite um determinado tipo de movimento.

“Youngbin pensou com muito cuidado em como magnetizar nossos robôs para torná-los capazes de se mover exatamente como ele os programou para se mover”, diz Anikeeva. “Ele fez cálculos para determinar como estabelecer um perfil de forças sobre ele quando aplicamos um campo magnético para que ele realmente comece a andar ou rastejar.”

Para formar um robô rastejante semelhante a uma lagarta, por exemplo, a fibra helicoidal é moldada em ondulações suaves e, em seguida, o corpo, a cabeça e a cauda são magnetizados de modo que um campo magnético aplicado perpendicularmente ao plano de movimento do robô fará com que o corpo se mova. comprimir. Quando o campo é reduzido a zero, a compressão é liberada e o robô rastejante se estica. Juntos, esses movimentos impulsionam o robô para frente. Outro robô no qual duas fibras helicoidais semelhantes a pés são conectadas por uma junta é magnetizada em um padrão que permite um movimento mais parecido com o caminhar.

Este processo preciso de magnetização gera um programa para cada robô e garante que, uma vez feitos, os robôs sejam simples de controlar. Um campo magnético fraco ativa o programa de cada robô e direciona seu tipo particular de movimento. Um único campo magnético pode até mesmo enviar vários robôs em direções opostas, se tiverem sido programados para isso. A equipe descobriu que uma pequena manipulação do campo magnético tem um efeito útil: com o toque de um botão para inverter o campo, um robô de transporte de carga pode ser feito para agitar suavemente e liberar sua carga útil.

Anikeeva diz que pode imaginar esses robôs de corpo mole – cuja produção direta será fácil de escalar – entregando materiais através de tubos estreitos ou até mesmo dentro do corpo humano. Por exemplo, eles podem transportar um medicamento através de vasos sanguíneos estreitos, liberando-o exatamente onde é necessário. Ela diz que os dispositivos acionados magneticamente também têm potencial biomédico além dos robôs e podem um dia ser incorporados a músculos artificiais ou materiais que apoiem a regeneração de tecidos.