“Arte japonesa antiga dá vida a um robô covarde!” Parece muito com um resumo da trama de um filme. Na realidade, descreve perfeitamente o trabalho dos engenheiros da Universidade de Princeton que criaram um robô que se transfer sem um único motor ou engrenagem, utilizando o calor e os princípios do origami. Seu sistema robótico suave depende de uma combinação de materiais avançados sensíveis ao calor, eletrônicos embarcados flexíveis e estruturas dobráveis cuidadosamente projetadas para produzir movimento, eliminando componentes mecânicos tradicionais.
Robótica suaveum subcampo da robótica que afirma que os robôs podem ser moles, concentra-se na construção de robôs a partir de materiais e sistemas altamente flexíveis e deformáveis. A flexibilidade destes robôs flexíveis torna-os adequados para tarefas que as máquinas rígidas enfrentam, como manipular objetos delicados, navegar em espaços apertados e servir como implantes médicos ou sistemas de administração de medicamentos dentro do corpo humano.
O problema é que a maioria dos robôs leves ainda depende de motores, atuadores ou sistemas pneumáticos externos para se mover, limitando o quão pequenos, leves e verdadeiramente “macios” eles podem ser. A equipe de Princeton enfrentou esse desafio combinando dois campos que raramente se cruzam: ciência dos materiais e engenharia de origami.
No centro de seu design está um polímero especial chamado elastômero de cristal líquido, que, diferentemente dos materiais flexíveis comuns, possui uma estrutura molecular ordenada internamente. Usando uma impressora 3D customizada, os pesquisadores programaram a orientação das moléculas zona por zona à medida que o materials period impresso, criando zonas distintas que respondem de maneira diferente quando aquecidas.
Ao organizar essas zonas em padrões específicos, a equipe construiu efetivamente “dobradiças” diretamente no materials. Quando o calor é aplicado, estas dobradiças contraem-se de forma previsível, fazendo com que a estrutura se dobre e se desdobre de acordo com uma sequência pré-concebida.
Controlar exatamente quais zonas aquecem é onde entra a eletrônica. A equipe incorporou placas de circuito impresso flexíveis, completas com elementos de aquecimento, diretamente nas dobradiças durante o próprio processo de impressão. Esta abordagem, em vez de fixar as placas posteriormente, simplifica a fabricação e mantém o sistema compacto. Sensores de temperatura incorporados enviam dados ao software program de controle, o que compensa pequenos erros que se acumulam à medida que o robô dobra e desdobra repetidamente.
“Acho que a grande contribuição foi mostrarmos a integração de um sistema complexo onde temos controle de aquecimento native”, diz David Bershadsky, um dos pioneiros da ideia e membro da equipe de pesquisa. “Podemos controlar a ativação dependendo de onde aquecemos.”
Para demonstrar seu conceito, os pesquisadores construíram um guindaste (pássaro), uma figura clássica de origami, que bate as asas sob comando. O guindaste moveu-se repetidamente e retornou à sua forma unique sem desgaste ou distorção perceptível. Está longe de ser um robô totalmente funcional, mas prova que o conceito é absolutamente possível.
Universidade de Princeton
Remover a limitação do movimento mecânico abre um mundo de possibilidades para a robótica suave. Por enquanto, o sistema permanece em fase experimental, demonstrado em laboratório controlado. Mas seu projeto já está voltado para a capacidade de fabricação, utilizando materiais comercialmente disponíveis e métodos de fabricação escaláveis.
A equipe publicou seu trabalho na revista Materiais Funcionais Avançados.
Fonte: Universidade de Princeton