Está chegando o dia em que você poderá passar por um robô e não ter ideia de que period um robô. Ao longo de anos de engenharia, demos aos robôs esqueletos, cérebros, sentidos e até um sistema nervoso. Os músculos provaram ser particularmente complexos (não que as outras coisas fossem fáceis).
Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard desenvolveram um método para impressão 3D de filamentos artificiais semelhantes a músculos, cujo movimento é efetivamente programado diretamente no materials.
Seu trabalho parece ser o mais próximo dos músculos humanos que os sistemas musculares robóticos já alcançaram. Antes de continuarmos, você não precisa se preocupar em competir por espaço na academia durante a revolta dos robôs. Não é esse tipo de músculo… ainda. Agora que já resolvemos isso, por que se preocupar em dar músculos aos robôs?
A questão é que o mundo pure exige flexibilidade. Tudo, desde árvores a polvos, curva-se e torce. Também construímos um mundo humano que exige esta mesma adaptabilidade. Infraestruturas, roupas, ferramentas e até mesmo a interação social foram todas projetadas em torno da mecânica dos corpos biológicos moles.
Deixando a flexibilidade de lado, interagir com o nosso mundo é uma das razões pelas quais os engenheiros robóticos continuam tentando tornar as máquinas mais parecidas com os humanos, equipando-as com sistemas de visão (olhos), microfones (ouvidos), alto-falantes (bocas), sensores de toque e muitos outros sistemas.
Esses sistemas têm sido tremendamente funcionais e eficazes. Os músculos, no entanto, têm sido difíceis de replicar. Para os humanos, os músculos são apenas mais uma coisa que ignoramos. Você pensa em mover o braço e de repente ele levita como num passe de mágica. Exceto que não é mágica. É um sistema de atuação biológica absurdamente sofisticado. Os mesmos músculos que podem guiar suavemente um pincel através de uma tela também podem derrubar portas, lançar machados, dançar balé ou pegar objetos de vidro que caem antes que caiam no chão.
Esse nível de controle é surpreendente do ponto de vista da engenharia.
Os robôs tradicionais já se movem extremamente bem usando motores elétricos, sistemas hidráulicos e pneumáticos. No entanto, estes sistemas são geralmente rígidos, mecanicamente complexos e não particularmente elegantes. O movimento verdadeiramente fluido e orgânico permaneceu muito mais difícil de reproduzir.
Na verdade, os pesquisadores já desenvolveram músculos robóticos moles antes. Músculos artificiais pneumáticospor exemplo, use ar comprimido para criar movimentos suaves e biológicos. Outros sistemas utilizam metais sensíveis ao calor, polímeros eletricamente responsivos, materiais magnéticos ou sistemas de tendões acionados por cabos inspirados no próprio corpo humano. Muitos deles são notavelmente eficazes.
O problema são as compensações.
Esses sistemas normalmente requerem compressores externos volumosos, encanamentos ou sistemas de suporte pesados. Outros necessitam de tensões extremamente altas, geram calor excessivo, movem-se lentamente ou são difíceis de fabricar em formatos complexos. Em muitos casos, o próprio “músculo” é apenas uma parte de um sistema mecânico muito maior.
Os pesquisadores podem ter encontrado uma abordagem mais elegante. Em vez de construir robôs com motores e mecanismos de movimento separados, a equipe desenvolveu um método para imprimir em 3D filamentos artificiais semelhantes a músculos, cujo movimento é efetivamente programado diretamente no materials.
Laboratório Lewis / Harvard SEAS
Seu sistema combina dois tipos de materiais macios: um elastômero de cristal líquido “ativo” que muda de forma quando aquecido e um elastômero passivo que resiste à deformação. Ao imprimir os dois materiais lado a lado através de um bico giratório, os pesquisadores podem controlar com precisão como as diferentes partes do filamento se comportarão posteriormente.
O materials activo contrai-se ao longo de uma direcção molecular preferida quando aquecido. Como o materials passivo resiste a essa contração, a incompatibilidade força o filamento a dobrar, enrolar, torcer ou enrolar. Girar o bico durante a impressão adiciona outra camada de controle, escrevendo padrões de alinhamento molecular helicoidal diretamente na estrutura.
Um único filamento pode ser programado para endireitar, espiralar, apertar, encolher ou expandir dependendo de como seus materiais internos estão dispostos, sem engrenagens, juntas rígidas ou sistemas mecânicos pós-montagem.
A equipe demonstrou isso imprimindo redes macias e filamentos ondulados que se deformam de maneiras dramaticamente diferentes sob o calor. Algumas estruturas expandiram quando aquecidas, enquanto outras contraíram. Numa demonstração, redes planas transformaram-se em formas semelhantes a cúpulas. Em outro, os pesquisadores criaram pinças macias capazes de descer sobre objetos, apertar em torno deles, levantá-los e depois soltá-los.
Materiais semelhantes a músculos impressos em 3D que torcem e enrolam sob demanda
Os pesquisadores dizem que a tecnologia poderia eventualmente permitir garras robóticas macias adaptativas, filtros ativos, dispositivos biomédicos, estruturas sensíveis à temperatura e sistemas robóticos que mudam de forma. Como a abordagem é compatível com a impressão 3D, ela também abre a porta para arquiteturas altamente personalizáveis que seriam difíceis de construir com atuadores convencionais.
No entanto, ainda existem limitações importantes. O sistema atualmente depende de calor para ativação, o que significa que os tempos de resposta e a eficiência energética continuam a ser desafios. As estruturas também ainda são experimentais e estão longe de estar prontas para substituir os atuadores robóticos tradicionais em aplicações de alta potência.
Fonte: Universidade de Harvard