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A maioria dos animais pode fazer a transição rápida de caminhar para pular, rastejar e nadar, se necessário, sem reconfigurar ou fazer grandes ajustes.
A maioria dos robôs não pode. Mas os pesquisadores da Carnegie Mellon University criaram robôs macios que podem mudar perfeitamente de andar para nadar, por exemplo, ou engatinhar para rolar.
“Fomos inspirados pela natureza para desenvolver um robô que pode realizar diferentes tarefas e se adaptar ao seu ambiente sem adicionar atuadores ou complexidade”, disse Dinesh K. Patel, pós-doutorando no Morphing Matter Lab na Escola de Ciência da Computação Humana -Instituto de Interação do Computador. “Nosso atuador biestável é simples, estável e durável, e estabelece as bases para trabalhos futuros em robótica suave reconfigurável e dinâmica.”
O atuador biestável é feito de borracha macia impressa em 3D contendo molas de liga com memória de forma que reagem a correntes elétricas contraindo-se, o que faz com que o atuador se dobre. A equipe usou esse movimento biestável para alterar a forma do atuador ou do robô. Uma vez que o robô muda de forma, ele fica estável até que outra carga elétrica o transforme de volta à sua configuração anterior.
“Combinar como os animais fazem a transição de andar para nadar, rastejar e pular é um grande desafio para a robótica leve e bioinspirada”, disse Carmel Majidi, professor do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da CMU.
Por exemplo, um robô que a equipe criou tem quatro atuadores curvos presos aos cantos de um corpo do tamanho de um celular feito de dois atuadores biestáveis. Em terra, os atuadores curvos atuam como pernas, permitindo que o robô caminhe. Na água, os atuadores biestáveis mudam a forma do robô, colocando os atuadores curvos em uma posição ideal para atuar como hélices para que ele possa nadar.
“Você precisa ter pernas para andar na terra e uma hélice para nadar na água. Construir um robô com sistemas separados projetados para cada ambiente adiciona complexidade e peso”, disse Xiaonan Huang, professor assistente de robótica da da Universidade de Michigan e o ex-Ph.D. de Majidi. estudante. “Usamos o mesmo sistema para ambos os ambientes para criar um robô eficiente.”
A equipe criou dois outros robôs: um que pode rastejar e pular e outro inspirado em lagartas e tatuzinhos que podem rastejar e rolar.
Os atuadores requerem apenas cem milissegundos de carga elétrica para mudar de forma e são duráveis. A equipe fez uma pessoa andar de bicicleta sobre um dos atuadores algumas vezes e mudou as formas de seus robôs centenas de vezes para demonstrar a durabilidade.
No futuro, os robôs poderão ser usados em situações de resgate ou para interagir com animais marinhos ou corais. O uso de molas ativadas por calor nos atuadores pode abrir aplicações em monitoramento ambiental, sensação tátil e eletrônica e comunicação reconfiguráveis.
“Existem muitos cenários interessantes e empolgantes em que robôs versáteis e com eficiência energética como este podem ser úteis”, disse Lining Yao, professor assistente da Cooper-Siegel no HCII e chefe do Morphing Matter Lab.
A pesquisa da equipe, “Highly Dynamic Bistable Soft Actuator for Reconfigurable Multimodal Soft Robots”, foi destaque na capa da edição de janeiro de 2023 da Tecnologias Avançadas de Materiais. A equipe de pesquisa incluiu os co-primeiros autores Patel e Huang; Yao; Majidi; Yichi Luo, estudante de mestrado em engenharia mecânica na CMU; e Mrunmayi Mungekar e M. Khalid Jawed, ambos do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade da Califórnia, em Los Angeles.
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