Pesquisadores da Georgia Tech recentemente apresentou uma conquista impressionante: Um robô macio de 5 polegadas de comprimento que pode se catapultar a ten metros no ar-a altura de uma argola de basquete-sem pernas. O design foi inspirado pelo humilde nematóide, um minúsculo linear de lança mais fino do que um cabelo humano que pode pular muitas vezes o comprimento do corpo.
Ao apertar seu corpo em torções apertadas, o worm armazena energia elástica e depois o libera de repente, se arremessando para o céu ou para trás como uma ginasta acrobática. Os engenheiros imitaram esse movimento. Seu robô “softjm” é essencialmente uma haste de silicone flexível com um spine de fibra de carbono forte. Dependendo de como se dobra, pode saltar para frente ou para trás – mesmo que não tenha rodas ou pernas.
Em ação, o robô inspirado em nematodo se enrola como uma pessoa agachada e depois se impede de pular. Uma câmera de alta velocidade mostra como o worm curva a cabeça para cima e as dobras no meio do corpo para pular para trás, depois endireita e torce na cauda para pular para a frente.
A equipe da Georgia Tech descobriu que essas curvas apertadas – normalmente um problema em mangueiras ou cabos – na verdade deixam o worm e a loja de robôs muito mais energia. Como observou um pesquisador, os canudos ou mangueiras dobradas são inúteis, mas um verme dobrado age como uma mola carregada. No laboratório, o robô macio reproduzido Esse truque: “belisce” o meio ou a cauda, os tempos acima e depois libera uma explosão (cerca de um décimo de um milissegundo) para subir no ar.
Robôs macios em ascensão
Robótica suave é um campo jovem, mas em rápido crescimento, que geralmente leva dicas da natureza. Ao contrário das máquinas de steel rígidas, os robôs macios são feitos de materiais flexíveis que podem espremer, esticar e se adaptar ao ambiente. Os primeiros marcos no campo incluem Octobot de Harvard – Um robô autônomo feito inteiramente de canais de silicone e fluido, sem peças rígidas, inspiradas pelos músculos do polvo. Desde então, os engenheiros construíram um zoológico de máquinas macias: de rastreadores semelhantes a worms e garra de Jellified a “EXO-Fits” vestíveis e robôs rolantes do tipo vinha.
Por exemplo, os pesquisadores de Yale criaram um robô macio inspirado em tartarugas, cujas pernas alternam entre nadadeiras e pernas terrestres firmes, dependendo de nadar ou caminhar. Na UCSB, os cientistas fizeram um robô parecido com uma videira que cresce em direção à luz usando apenas a “pele” sensível à luz-literalmente se estende por espaços estreitos como um caule de planta. Essas e outras inovações bio-inspiradas mostram como os materiais suaves podem criar novos modos de movimento.
No geral, os apoiadores dizem que os robôs suaves podem ir a lugares que os robôs tradicionais não podem. O Notas da Fundação Nacional de Ciência dos EUA que máquinas macias adaptativas “exploram espaços anteriormente inacessíveis pelos robôs tradicionais” – mesmo dentro do corpo humano. Alguns robôs macios têm “skins” programáveis que mudam de rigidez ou cor para misturar objetos ou aderência. Os engenheiros também estão explorando Técnicas de origami/kirigamipolímeros de memória de forma e outros truques para que esses robôs possam reconfigurar em tempo actual.
Engenharia Movimento flexível
Fazer um robô macio se mover como um animal vem com grandes desafios. Sem articulações duras ou motores, os designers devem confiar nas propriedades do materials e na geometria inteligente. Por exemplo, o saltador da Georgia Tech teve que incluir uma coluna vertebral de fibra de carbono dentro de seu corpo emborrachado para tornar a ação da mola poderosa o suficiente. Integrar sensores e sistemas de controle também é complicado. Como Penn State Engineers apontaos eletrônicos tradicionais são rígidos e congelariam um robô macio no lugar.
Para fazer com que seu pequeno robô de resgate rastreador “inteligente”, eles tiveram que espalhar cuidadosamente circuitos flexíveis pelo corpo para que ele ainda pudesse se dobrar. Mesmo encontrar fontes de energia é mais difícil: alguns robôs macios usam campos magnéticos externos ou ar pressurizado, porque carregar uma bateria pesada os pescaria.
Os robôs suaves inspirados em nematóides da Georgia Tech (foto: Candler Hobbs)
Outro obstáculo é explorar a física certa. A equipe de nematode-robot aprendeu que as dobras realmente ajudam. Em um tubo de borracha regular, uma torção interrompe rapidamente o fluxo; Mas, em um verme suave, é a pressão interna de construção lenta, permitindo muito mais flexão antes da liberação. Ao experimentar simulações e até modelos de balão cheios de água, os pesquisadores mostraram que seu corpo flexível poderia manter muita energia elástica quando dobrado, depois o desencadeia em um salto rápido. O resultado é notável: do repouso, o robô pode pular 10 pés de altura, repetidamente, simplesmente flexionando sua coluna. Esses avanços – encontrando maneiras de loja e liberar Energia em materiais de borracha – são típicos da engenharia de robótica macia.
Funis e ajudantes do mundo actual
Para que todos esses robôs suaves são bons? Em princípio, eles podem enfrentar situações muito perigosas ou desajeitadas para máquinas rígidas. Nas zonas de desastre, por exemplo, os robôs macios podem se contorcer sob escombros ou em edifícios desmoronados para encontrar sobreviventes. A Penn State mostrou um rastreador macio de protótipo controlado magneticamente que poderia navegar em detritos apertados ou até mesmo se mover pelos canais do tamanho de vasos sanguíneos.
Na medicina, os robôs macios microscópicos podem entregar medicamentos diretamente no corpo. Em um estudo do MIT, um robô macio fino da linha foi previsto para flutuar através de artérias e coágulos claros, potencialmente tratando golpes sem cirurgia aberta. Os cientistas de Harvard também estão trabalhando em exoesqueletos vestíveis suaves – uma luva inflável leve que ajudou os pacientes com ALS a levantar um ombro, melhorando imediatamente sua amplitude de movimento.
As agências espaciais também estão de olho nos saltos suaves. As rodas podem ficar presas na areia ou nas rochas, mas um robô de pulo pode saltar sobre crateras e dunas. A NASA está até imaginando novos jumpers para a lua e as luas geladas. Em um conceito, um bot de tamanho de bola de futebol chamado PARDAL usaria jatos a vapor (de gelo cozido) para pular muitos quilômetros em Europa ou Encélado. Na baixa gravidade dessas luas, um pequeno salto percorre um longo caminho-os cientistas observam que o salto de um metro de um robô na Terra poderia carregá-lo cem metros em Encélado. A idéia é que dezenas dessas tremonhas possam enxamear em terrenos alienígenas “com complete liberdade de viajar”, onde os veículos de rodas pararam. De volta à Terra, futuros saltadores suaves podem ajudar nas missões de busca e precisão, pulando sobre rios, lama ou terreno instável que impediriam os robôs convencionais.
Robôs macios também estão encontrando trabalho na indústria e agricultura. A NSF ressalta que eles podem se tornar ajudantes seguros em pisos de fábrica ou em fazendas, porque eles cumprem se um humano estiver no caminho. Os pesquisadores até construíram garras suaves que escolhem gentilmente frutas delicadas sem machucar. A flexibilidade das máquinas macias significa que elas podem agir em locais pequenos ou flexíveis para dispositivos rígidos.
No last, os especialistas acreditam que a robótica suave mudará fundamentalmente muitos campos. De vermes a ternos vestíveis e tremonhas lunares, este tópico de pesquisa mostra como o estudo de pequenas criaturas pode produzir grandes saltos na tecnologia.