Tecnologia Científica

Pesquisadores do Laboratório de Física Aplicada desenvolvem robôs soft avançados
O robô flexível e semelhante a um caracol da equipe é
Por Amanda Zrebiec - 24/01/2021


Reprodução

A faixa rosa fica plana em uma superfície quadriculada em preto e branco. É borrachento - pegajoso, quase - e apenas mais grosso do que um petisco de couro de fruta desenrolado. À primeira vista, a tira parece normal.

Apresente calor, entretanto, e a tira se transforma. Arqueando-se e estendendo-se, ele se contorce como uma minhoca, contorcendo-se independentemente. Remova o estímulo térmico e a tira retorna à sua forma original.

Parece mágica, ou pelo menos um truque da imaginação, mas na verdade é apenas química. O que parece uma tira de borracha é um pedaço de material de mudança de fase feito de elastômeros de cristal líquido, ou LCEs. O material, que se torna uma espécie de músculo artificial, é programado para repetir o movimento quando acionado por uma mudança de temperatura.

"Soft robôs habilitados por LCEs estão recebendo muita atenção hoje em dia", disse Zhiyong Xia, um especialista em materiais polimétricos do Laboratório de Física Aplicada da Johns Hopkins . “Porém, aumentar a velocidade de atuação e conseguir a autonomia do robô são fundamentais.”

Em um novo artigo publicado em 8 de janeiro na revista Soft Robotics , uma equipe de pesquisadores de APL deu um passo adiante, demonstrando um robô macio baseado em LCE que é totalmente desvinculado de uma fonte de energia e tem controle Bluetooth.

Na publicação, a equipe explica seus avanços usando um robô parecido com um caracol. Um grande invólucro de elastômero abriga o painel de controle da máquina e a fonte de alimentação, neste caso uma bateria. Quatro pernas, assim como aquelas tiras de borracha rosa, ficam na frente, cada uma presa a um pé dente de serra para segurar. As pernas do LCE ganham vida quando recebem uma injeção de corrente elétrica indutora de energia térmica - e todo o processo é controlado por um iPhone. Toque no telefone para dizer ao robô para aquecer as pernas e o caracol avança sozinho. Uma e outra vez.

"A ROBÓTICA SOFT REALMENTE OFERECE RECURSOS ÚNICOS. ELES SÃO MUITO FLEXÍVEIS, ALÉM DE PODEREM MANUSEAR OBJETOS DELICADOS, SE AJUSTAM AO AMBIENTE E MANOBRAM EM ÁREAS ÀS QUAIS ESTRUTURAS ROBÓTICAS RÍGIDAS NÃO SERIAM CAPAZES DE SE ADAPTAR."

Zhiyong Xia

Especialista em materiais polimétricos, Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins
"A robótica leve realmente oferece recursos exclusivos", explicou Xia. "Eles são muito flexíveis, além de poderem manusear objetos delicados, se ajustam ao ambiente e manobram em áreas às quais estruturas robóticas rígidas não seriam capazes de se adaptar. Eles também são mais seguros para aplicações avançadas como equipes de humanos e máquinas e sensores vestíveis adaptáveis. "

Capaz de ser alimentado e controlado de forma autônoma e com durabilidade, mesmo sistemas robóticos eletrônicos rígidos não podem replicar, essas máquinas podem ajudar a expandir aplicativos robóticos para operações delicadas, como busca e resgate, desarmamento de bombas e direção a lugares perigosos onde " querem enviar humanos, mas seria difícil para a robótica pesada operar ", disse Xia.

A singularidade desses robôs está em seu design. "A transformação da forma, a mudança de modalidades, a capacidade de sobrevivência aprimorada e a navegação por terrenos complexos e restritos" estão entre os benefícios da robótica leve, escrevem os autores. Mas até agora, os avanços no campo do robô flexível exigiam tethering ou dependência de uma fonte de energia externa. As versões soft robóticas desanexadas muitas vezes foram forçadas a comprometer os recursos de energia e os tempos de resposta, que geralmente são mais baixos e mais lentos sem tethering.

“Nós demonstramos que uma abordagem de engenharia em nível de sistema pode ser usada para mitigar os tempos de ciclo lentos para um robô soft controlado por LCE mais rápido e sem amarras”, escrevem os autores. "Esta abordagem de engenharia pode melhorar a conversão da atuação do LCE em movimento do robô ... [e] também propomos que o projeto do robô LCE pode ser continuamente aprimorado através do desenvolvimento de sinergia entre o projeto do sistema e o projeto do material."

No artigo, os autores observam que um robô de 55 gramas (1,95 onças) foi capaz de viajar a 1,27 centímetros por minuto e carregar uma carga útil de 1.400 gramas (49,38 onças).

"Temos trabalhado em materiais metálicos com memória de forma por alguns anos e fomos desafiados a também considerar o que poderia ser alcançado com materiais de mudança de forma responsivos a estímulos suaves", disse Morgan Trexler, que gerencia o Science of Extreme e Programa de materiais multifuncionais. "Analisando as possibilidades da perspectiva dos materiais, e também pensando nas áreas de especialização únicas da APL, vimos uma oportunidade de causar um impacto na robótica leve, onde os avanços dos materiais são críticos, mas a integração com outros avanços tecnológicos, como os controles robóticos também é precisava causar um impacto.

A equipe de Xia, que inclui Jenny Boothby, Jarod Gagnon, Emil McDowell, Tessa VanVolkenburg e Luke Currano (todos do Departamento de Pesquisa e Desenvolvimento Exploratório do Laboratório), fecha o papel com um olho em avanços potenciais, um dos quais já está perseguindo: Xia , Trexler e uma equipe de outros pesquisadores APL estão desenvolvendo um robô submarino macio altamente eficiente para detectar e atuar de forma autônoma em um ambiente fluido.

 

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