Os robôs mushy têm um problema “cardiovascular”. Embora seus corpos possam deformar-se e dobrar-se, seus corações, as bombas que os mantêm em movimento, permaneceram volumosos e rígidos. Pesquisadores da Universidade de Bristol criaram uma bomba em miniatura “macia” que pesa tanto quanto uma única semente de abóbora seca, mas pode gerar pressão hidráulica suficiente para alimentar sistemas robóticos leves sem compressores volumosos ou bombas mecânicas rígidas.
Um dos maiores desafios da robótica suave, o campo da robótica que diz que os robôs podem ser flexíveis e/ou moles, é que, embora os próprios robôs possam ser feitos de materiais leves e flexíveis que se esticam e deformam como organismos vivos, os sistemas necessários para os alimentar e controlar permanecem rígidos e volumosos. Embora tenha havido desenvolvimentos recentes robótica suave que usa calora maioria dos robôs leves depende de sistemas hidráulicos e pneumáticos para mover fluidos através de seus músculos e atuadores artificiais.
Esses componentes costumam ser muito maiores e mais pesados do que os robôs que controlam, forçando muitos projetos a permanecerem presos a equipamentos estacionários por meio de tubos e cabos. Isso limita severamente a portabilidade e a usabilidade no mundo actual, dificultando a implantação de robôs flexíveis em aplicações como dispositivos assistivos vestíveis, implantes médicos, sistemas de suggestions tátil, robôs de busca e resgate e máquinas de inspeção em miniatura.
As tentativas existentes de miniaturizar esses sistemas de bombeamento geralmente envolvem compromissos, como componentes mecânicos rígidos, altas tensões operacionais, processos de fabricação complexos ou sacrifícios no desempenho do bombeamento. Os roboticistas há muito procuram uma tecnologia de bombeamento compacta e energeticamente eficiente que possa ser totalmente integrada em sistemas robóticos leves sem prejudicar a flexibilidade e adaptabilidade que tornam a robótica suave atraente em primeiro lugar.
Isso é exatamente o que os pesquisadores desenvolveram. Sua tecnologia, batizada de bomba Liquid Steel Magnetohydrodynamic Actuator (LIMA), é uma bomba suave em miniatura projetada para substituir compressores volumosos e sistemas de bombeamento rígidos que atualmente limitam as tecnologias robóticas leves. Com o tamanho surpreendente de uma ervilha e pesando apenas 0,2 g, a bomba serve como uma fonte de energia de fluido compacta e independente, capaz de gerar pressão hidráulica e fluxo de fluido enquanto opera a menos de 0,1 volts.
Saba Firouznia
Ao contrário das bombas convencionais, que dependem de componentes mecânicos para empurrar fisicamente o fluido através de um sistema, a bomba LIMA utiliza forças eletromagnéticas que atuam sobre uma gota de steel líquido para criar movimento. Esse recurso elimina muitas das peças móveis rígidas que dificultam a integração das bombas tradicionais em sistemas robóticos flexíveis.
Veja como funciona. A bomba funciona segundo o princípio de magnetohidrodinâmicaa ciência de como os campos magnéticos interagem com fluidos eletricamente condutores. O dispositivo contém uma pequena gota de steel líquido suspensa em um canal macio e cheio de líquido. Diretamente abaixo do canal fica um minúsculo ímã de neodímio, que gera um campo magnético através da gota. Quando uma pequena corrente elétrica passa através do steel líquido, a interação entre a corrente e o campo magnético gera uma Força de Lorentz que faz com que a gota de steel líquido oscile dentro do canal, deslocando repetidamente o fluido circundante.
Esse deslocamento repetido cria diferenças de pressão dentro do canal, gerando uma ação de bombeamento que impulsiona o fluido através de sistemas robóticos flexíveis conectados. Como o próprio líquido condutor é o elemento móvel, não há necessidade de montagens mecânicas complexas ou sistemas de transmissão rígidos. Basicamente, a gota de steel líquido atua simultaneamente como motor, pistão e atuador.
Os pesquisadores exploraram várias propriedades únicas dos metais líquidos para tornar a sua invenção um verdadeiro avanço. Para começar, os metais líquidos possuem condutividade elétrica extremamente alta, permitindo-lhes responder eficientemente a entradas elétricas muito pequenas.
Os atuadores robóticos leves tradicionais geralmente requerem dezenas, centenas ou até milhares de volts para gerar movimento útil. Os baixos níveis operacionais de milivolts a subvolts da bomba da equipe de Bristol melhoram ainda mais sua adequação para integração com baterias compactas e eletrônicos vestíveis. A “mágica” aqui é que o steel líquido é tão condutivo que pode transportar correntes muito altas em tensões extremamente baixas. É claro que os níveis de tensão aumentarão à medida que o sistema for ampliado, mas ainda permanecerão relativamente baixos para um sistema de bombeamento robótico.
Os metais líquidos também possuem alta tensão superficial, o que ajuda a manter a integridade da gota durante a operação; não há mistura com o fluido circundante, nem a gota pode se desgastar. Por último, a sua natureza fluida permite-lhes deformar-se e mover-se livremente dentro de estruturas macias com perdas mínimas por atrito.
Além de mover fluidos, os pesquisadores argumentam que a tecnologia poderia executar várias funções simultaneamente dentro de uma rede robótica suave. O fluido que flui pode transportar energia hidráulica para atuadores, transportar substâncias químicas, como drogas ou agentes sensores, e potencialmente transmitir sinais de informação através de vias fluídicas. Esta multifuncionalidade eleva a bomba além de uma mera substituição de compressor em miniatura. Tem potencial para se tornar uma plataforma integrada para fornecimento de energia, controle e comunicação dentro de sistemas robóticos leves – basicamente um coração.
“É um desenvolvimento realmente interessante, que supera as barreiras existentes de quantity rígido e oferece algo em miniatura, portátil e mais adaptável. Essas características aprimoradas significam que ele poderia ser implantado com melhores resultados em usos existentes, como dispositivos lab-on-a-chip para diagnóstico de doenças e também com novos, que vão desde microbombas para roupas robóticas até minúsculos atuadores de amostragem ambiental. O céu realmente é o limite”, diz Saba Firouznia, principal autor do estudo.
Para demonstrar as capacidades da tecnologia, os pesquisadores integraram a bomba LIMA em três sistemas protótipos diferentes. A primeira foi uma borboleta robótica cujas asas leves batem por meio de atuação movida a fluido gerada inteiramente pela bomba, demonstrando sua capacidade de produzir movimento mecânico útil, apesar de seu tamanho minúsculo e requisitos de energia extremamente baixos.
Saba Firouznia
O segundo protótipo period uma pulseira vestível que mudava de cor através da circulação de fluidos através de materiais adaptáveis, ilustrando como a tecnologia poderia ser usada em roupas inteligentes ou em shows responsivos que alteram sua aparência sob demanda. A terceira period uma interface háptica que consistia em uma bolsa macia na ponta do dedo conectada a uma pulseira ajustável. Ao controlar o fluxo de fluido dentro do sistema, o dispositivo pode apertar suavemente o dedo e o pulso do usuário para recriar sensações de toque realistas, demonstrando aplicações potenciais em realidade digital, teleoperação, reabilitação e interfaces vestíveis de próxima geração.
Embora esses protótipos incríveis sejam demonstrações em estágio inicial, eles oferecem um vislumbre do que poderia se tornar possível quando os robôs leves não precisassem mais arrastar bombas e compressores volumosos. As aplicações futuras poderão variar desde implantes médicos inteligentes e dispositivos de assistência vestíveis até têxteis adaptativos e até robôs comestíveis, todos alimentados por um minúsculo coração de steel líquido.
Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista Comunicações da Natureza.
Fonte: Universidade de Bristol