Tecnologia Científica

Um micro-robô flexível que pode sobreviver a praticamente qualquer deformação
Esse robô, apresentado em um artigo publicado na Nature Electronics , baseia-se em uma idéia introduzida pela mesma equipe de pesquisadores há quase uma década.
Por Ingrid Fadelli, - 07/04/2020

Uma equipe de pesquisa internacional liderada pelo Dr. Oliver Schmidt, trabalhando na Universidade de Tecnologia de Chemnitz (TU Chemnitz) e Leibniz IFW Dresden, desenvolveu recentemente um sistema microrobítico com uma ampla gama de aplicações possíveis, desde a realização de micro-cirurgias até a entrega de mercadorias a seres humanos. . Esse robô, apresentado em um artigo publicado na Nature Electronics , baseia-se em uma ideia introduzida pela mesma equipe de pesquisadores há quase uma década.

Os menores micro-robôs eletrônicos de autopropulsão desenvolvidos pelos
pesquisadores manobram em líquido sobre uma moeda de 1 centavo de euro.
Crédito: TU Chemnitz.

"Começamos a explorar a ideia de criar um minúsculo sistema microrrobótico que é autopropulsado por um poderoso motor a jato e tem componentes microeletrônicos a bordo há quase dez anos", disse Schmidt ao TechXplore. "Nossa idéia inicial era construir um microssistema inteligente de autopropulsão que pudesse interagir com células biológicas únicas, de tamanho semelhante ao próprio microssistema. Esse sistema deve ser capaz de se movimentar, sentir seu ambiente, transportar carga, fornecer drogas e transportar micro-cirurgias. "

Desde que Schmidt e seus colegas introduziram seu conceito para um sistema microrrobótico, sua equipe e vários outros em todo o mundo tentaram criar tecnologias semelhantes, principalmente in vitro (isto é, usando placas de Petri). Implementar tais sistemas dentro do corpo humano , no entanto, provou ser muito mais desafiador. De fato, para concluir tarefas dentro do corpo, o sistema precisaria ser controlado externamente e as informações coletadas (por exemplo, dados de diagnóstico) devem ser facilmente transmitidas ao mundo externo (por exemplo, a médicos ou profissionais de saúde).

"Para que um sistema microrrobótico funcione no corpo humano, ele deve conter energia elétrica , sensores, atuadores, antenas e circuitos microeletrônicos", explicou Schmidt. "O principal objetivo do nosso trabalho recente foi dar um grande passo em direção a esse objetivo final (e reconhecidamente muito ambicioso); ainda de maneira simplificada, é claro".

Schmidt e seus colegas fabricaram seu microssistema flexível integrando componentes micro e nano eletrônicos na superfície de um chip, de maneira semelhante à maneira como a tecnologia de silício é usada para criar chips de computador. Uma diferença importante entre o sistema e os chips de computador comuns, no entanto, é que o design do primeiro inclui motores a jato criados usando uma abordagem pioneira há aproximadamente vinte anos, que normalmente não é usada no desenvolvimento de microeletrônica convencional.

"O truque consiste em colocar materiais finos altamente tensos no chip, que se encaixam nas estruturas de microtubos de rolos suíços, quando eles são delaminados da superfície do chip", disse Schmidt. "Este procedimento pode ser bem controlado, para que os microtubos enrolados sejam firmemente conectados em dois lados opostos ao sistema microrrobótico. Se esses microtubos são revestidos com platina no interior, as bolhas de oxigênio são geradas por uma reação catalítica, uma vez que a platina entra tocar com uma solução aquosa contendo um pouco de peróxido de hidrogénio (H 2 O 2 )."

Dr. Oliver G. Schmidt enquanto conduz sua pesquisa. Crédito: Jacob Müller.

Como resultado da estratégia de design não convencional usado por Schmidt e seus colegas, quando o sistema microrobotic é colocada numa solução aquosa contendo peróxido de hidrogénio (H 2 O 2 ) a solução entra suas duas microtubos, a geração de bolhas de oxigénio. Essas bolhas são então empurradas para fora das extremidades dos microtubos, acelerando o sistema por um mecanismo conhecido como propulsão a jato.

"Esse princípio de propulsão a jato foi pioneiro em nosso grupo há 12 anos", afirmou Schmidt. No entanto, um motor de jato duplo, como em nosso trabalho atual, nunca foi construído antes ".

A reação catalítica no centro da estratégia de propulsão a jato dos pesquisadores pode ser controlada alterando a temperatura dos motores a jato. Uma temperatura alta resulta em mais bolhas e um impulso mais forte; uma temperatura baixa em menos bolhas e um impulso mais fraco.

Schmidt e seus colegas controlam a temperatura de um dos dois motores a jato aplicando uma corrente que passa através de um elemento resistivo, que é conectado ao motor. As mudanças de temperatura aumentam a quantidade de bolhas geradas e o impulso subsequente em um dos motores a jato, o que, por sua vez, permite que o sistema faça curvas à direita ou à esquerda.

"Você pode se perguntar como fornecemos a corrente que aquece o elemento resistivo", disse Schmidt. "Para esse propósito, integramos uma minúscula antena no microssistema que pode ser alimentada por energia sem fio do lado de fora (semelhante ao carregamento indutivo sem fio do seu telefone celular). Portanto, a energia elétrica é incorporada e pode ser usada, o que é totalmente novo para um microbot autopropulsado tão pequeno ".

O minúsculo robô desenvolvido por Schmidt e seus colegas também tem um pequeno braço, o que lhe permite agarrar e liberar pequenos objetos ao seu redor. Quando a temperatura do sistema muda, o pequeno braço executa ações diferentes, curvando-se para pegar objetos (por exemplo, micropílulas) ou curvando-se para liberá-los.

"Este braço robótico integrado também é um recurso totalmente novo para microssistemas de autopropulsão", afirmou Schmidt. "Finalmente, o microrobot pode ter um pequeno LED infravermelho a bordo, que pode ser ligado pela energia transferida sem fio. Esse LED pode ser útil para rastrear o microrobot dentro do corpo. Ligar e desligar pequenos LEDS em um microrobot móvel nunca foi mostrado antes. "

O minúsculo sistema robótico desenvolvido por Schmidt e sua equipe é feito de um material altamente flexível. Isso significa que ele pode ser dobrado ou deformado sem quebrar, portanto pode até passar através de pequenos capilares ou outros pequenos canais do corpo humano e continuar funcionando normalmente.

No futuro, esse novo sistema poderá ter várias aplicações valiosas. Por exemplo, ele pode concluir tarefas dentro do corpo humano que exigem um alto nível de precisão, incluindo procedimentos cirúrgicos ou de diagnóstico.

"Demonstramos que a energia elétrica pode ser transferida sem fio para sistemas microrrobóticos ultra pequenos e que essa energia pode ser usada para realizar tarefas úteis: dirigir o microbobô remotamente ou ligar e desligar um LED infravermelho", disse Schmidt. "O próximo passo será executar o sistema em fluidos biológicos, como o sangue. Para esse fim, os motores precisam ser construídos de uma maneira ligeiramente diferente".

 

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