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Inspirados pela arte de dobrar papel do origami, engenheiros da Universidade Estadual da Carolina do Norte descobriram uma maneira de fazer uma única estrutura cúbica de plástico se transformar em mais de 1.000 configurações usando apenas três motores ativos. As descobertas podem abrir caminho para sistemas artificiais de mudança de forma que podem assumir múltiplas funções e até mesmo carregar uma carga — como estruturas robóticas versáteis usadas no espaço, por exemplo.
“A questão que estamos perguntando é como atingir uma série de formas versáteis com o menor número de atuadores alimentando a mudança de forma”, disse Jie Yin, professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial e coautor correspondente de um artigo descrevendo o trabalho. “Aqui usamos um conceito hierárquico observado na natureza — como fibras musculares em camadas — mas com cubos de plástico para criar um robô transformador.”
Os pesquisadores da NC State montaram cubos ocos de plástico usando uma impressora 3D e montaram 36 deles com dobradiças giratórias; algumas dobradiças foram fixadas com pinos de metal, enquanto outras foram ativadas sem fio com um motor.
Os pesquisadores conseguiram mover os cubos em mais de 1.000 formas usando apenas três motores ativos. Essas formas incluíam estruturas semelhantes a túneis, estruturas semelhantes a pontes e até mesmo arquiteturas de vários andares.
Os robôs transformadores sem amarras podem se mover para frente, para trás e para os lados — sem pés — apenas controlando as maneiras como a forma da estrutura muda. Os robôs também podem se transformar relativamente rápido de planos, ou totalmente abertos, para um cubo maior parecido com uma caixa, ou totalmente fechado. Os robôs também podem carregar uma carga cerca de três vezes maior que seu próprio peso.
Em seguida, os pesquisadores tentarão tornar os robôs transformadores ainda melhores.
“Queremos fazer uma estrutura mais robusta que possa suportar cargas maiores”, disse Yanbin Li, pesquisador de pós-doutorado da NC State e coautor correspondente do artigo. “Se quisermos um formato de carro, por exemplo, como projetamos a primeira estrutura que pode se transformar em um formato de carro? Também queremos testar nossas estruturas com aplicações do mundo real, como robôs espaciais.”
“Achamos que eles podem ser usados como robôs espaciais implantáveis e configuráveis e habitats”, disse Antonio Di Lallo, pesquisador de pós-doutorado da NC State e coautor do artigo. “Ele é modular, então você pode enviá-lo para o espaço plano e montá-lo como um abrigo ou habitat, e então desmontá-lo.”
“Para os usuários, precisa ser fácil de montar e controlar”, disse Yin.
Hao Su, professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial, é um coautor correspondente do artigo. Junxi Zhu, um aluno de doutorado da NC State, Yinding Chi, um ex-aluno de doutorado da NC State, também foi coautor do artigo.
As descobertas aparecem em Comunicações da Natureza. O financiamento para a pesquisa foi fornecido pela National Science Foundation sob as bolsas CMMI-2005374, CMMI-2126072 e 2231419.
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