A natureza há muito serve como fonte de inspiração para inovações científicas. Muitos animais desenvolveram características defensivas, como peles, conchase escalas para se protegerem de predadores. Como os mecanismos de proteção são essenciais tanto nos organismos biológicos como nos sistemas de engenharia, muitas destas características já foram adotadas nas tecnologias modernas. Recentemente, pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade Estadual da Carolina do Norte se inspiraram no tatu e em seu mecanismo único de autodefesa.
Quando um tatu sente perigo, ele rapidamente ativa seus músculos e reconfigura todo o seu corpo em uma esfera rígida e fechada. Suas placas externas semelhantes a uma armadura atuam como um escudo, enquanto sua coluna vertebral sustenta o corpo por dentro, mantendo-o em formato esférico. Usando este conceito, a equipe desenvolveu uma capa protetora para dispositivos eletrônicos frágeis que pode ser ativada automaticamente quando uma ameaça é detectada. A tecnologia é chamada de módulo de proteção morfo-intertravado (MIPM).
Esta abordagem é relevante para a exploração espacial, missões de busca e salvamento e tecnologias vestíveis de proteção particular person, onde os dispositivos eletrónicos – como os robôs – têm de ser leves, flexíveis e, ao mesmo tempo, resistentes a danos.
Jianyu Zhou, Universidade Estadual da Carolina do Norte
A maioria dos sistemas de proteção bioinspirados desenvolvidos anteriormente carecia de um componente essential: circuitos integrados de detecção e atuação, o que significa que eles não poderiam responder de forma automática e independente a ameaças externas. Lidar com essa limitação tornou-se um desafio elementary para os pesquisadores.
No centro da tecnologia está uma estrutura de três camadas, onde cada camada desempenha uma função importante.
A camada externa consiste em vários segmentos feitos de resina impressa em 3D. Dez desses segmentos são capazes de suportar aproximadamente 10 newtons de força. A camada intermediária é a mais complexa, pois contém o sistema de detecção e atuação que detecta uma ameaça e aciona o modo de proteção. É composto por quatro elementos: um elastômero de cristal líquido (LCE); um sensor de deformação feito de um polímero elástico incorporado com nanofios de prata; uma camada de fita Kapton que se expande quando aquecida; e finalmente, uma fina camada de tecido condutor que serve como aquecedor. A camada interna, ou endoesqueleto, é feita de papel resistente dobrado em uma série de saliências.
Quando o sensor de deformação detecta uma força, ele envia um sinal para uma unidade de controle, que ativa uma fonte de energia e a envia para a camada aquecedora. À medida que o aquecedor aquece, a camada LCE contrai-se enquanto a fita Kapton se expande, forçando toda a estrutura MIPM a dobrar-se e enrolar-se numa esfera protetora – tal como a carapaça defensiva de um tatu.
Ao contrário dos tatus reais, os componentes endoesqueléticos do sistema robótico não podem ser totalmente unidos ao longo da interface inspirada no origami, porque a ondulação requer algum espaço entre os segmentos para garantir o seu movimento. Este se tornou outro desafio para a equipe de pesquisa, que acabou sendo superado.
Após os testes, o sistema demonstrou ter um desempenho eficaz, mas é importante observar que esses resultados foram obtidos sob condições controladas. Para preparar a tecnologia para as condições do mundo actual, ainda há algum trabalho a ser feito. Isso inclui garantir que os sensores permaneçam estáveis em temperaturas extremas, alta umidade e ambientes empoeirados. Além disso, a equipe também planeja melhorar a conectividade sem fio, como o Bluetooth, para permitir uma comunicação confiável entre sensores e sistemas de controle.
Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista Avanços da Ciência.