.
Pesquisadores da North Carolina State University desenvolveram um dispositivo robótico de preensão que é gentil o suficiente para pegar uma gota d’água, forte o suficiente para pegar um peso de 6,4 kg (14,1 libras), hábil o suficiente para dobrar um pano e preciso o suficiente para pegar microfilmes 20 vezes mais finos que um fio de cabelo humano. Além de possíveis aplicações de fabricação, os pesquisadores também integraram o dispositivo com tecnologia que permite que a pinça seja controlada pelos sinais elétricos produzidos pelos músculos do antebraço, demonstrando seu potencial para uso com próteses robóticas.
“É difícil desenvolver uma garra única e macia que seja capaz de manusear objetos ultramacios, ultrafinos e pesados, devido às compensações entre força, precisão e suavidade”, diz Jie Yin, autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e associado professor de engenharia mecânica e aeroespacial na NC State. “Nosso design alcança um excelente equilíbrio dessas características.”
O design das novas garras baseia-se em uma geração anterior de garras robóticas flexíveis que se baseavam na arte do kirigami, que envolve cortar e dobrar folhas bidimensionais de material para formar formas tridimensionais.
“Nossas novas garras também usam kirigami, mas são substancialmente diferentes, pois aprendemos muito com o design anterior”, diz Yaoye Hong, co-autor do artigo e Ph.D recente. pós-graduação do estado de NC. “Conseguimos melhorar a própria estrutura fundamental, bem como a trajetória das garras – ou seja, o caminho no qual as garras se aproximam de um objeto ao agarrá-lo”.
O novo design é capaz de atingir altos graus de resistência e suavidade devido à forma como distribui a força por toda a estrutura da pinça.
“A força das pinças robóticas é geralmente medida na relação carga/peso”, diz Yin. “Nossas garras pesam 0,4 gramas e podem erguer até 6,4 quilos. Isso é uma relação carga útil/peso de cerca de 16.000. Isso é 2,5 vezes maior que o recorde anterior de relação carga útil/peso, que era de 6.400. Combinado com características de suavidade e precisão, a força das garras sugere uma ampla variedade de aplicações.”
Outro benefício da nova tecnologia é que suas características atraentes são impulsionadas principalmente por seu design estrutural, e não pelos materiais usados para fabricar as pinças.
“Em termos práticos, isso significa que você pode fabricar as garras de materiais biodegradáveis, como folhas de plantas resistentes”, diz Hong. “Isso pode ser particularmente útil para aplicações em que você deseja usar as pinças apenas por um período limitado de tempo, como ao manusear alimentos ou materiais biomédicos. Por exemplo, demonstramos que as pinças podem ser usadas para lidar com objetos médicos pontiagudos resíduos, como agulhas.”
Os pesquisadores também integraram o dispositivo de preensão com uma mão protética mioelétrica, o que significa que a prótese é controlada usando a atividade muscular.
“Esta garra forneceu função aprimorada para tarefas difíceis de executar usando dispositivos protéticos existentes, como fechar certos tipos de zíperes, pegar uma moeda e assim por diante”, diz Helen Huang, coautora do artigo e da família Jackson Distinguished. Professor do Departamento Conjunto de Engenharia Biomédica da Carolina do Norte e da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill.
“A nova pinça não pode substituir todas as funções das mãos protéticas existentes, mas pode ser usada para complementar essas outras funções”, diz Huang. “E uma das vantagens das pinças kirigami é que você não precisa substituir ou aumentar os motores existentes usados em próteses robóticas. Você pode simplesmente usar o motor existente ao utilizar as pinças.”
Em testes de prova de conceito, os pesquisadores demonstraram que as pinças kirigami poderiam ser usadas em conjunto com a prótese mioelétrica para virar as páginas de um livro e colher uvas de uma videira.
“Achamos que o design da garra tem aplicações potenciais em áreas que vão desde próteses robóticas e processamento de alimentos até fabricação de produtos farmacêuticos e eletrônicos”, diz Yin. “Estamos ansiosos para trabalhar com parceiros da indústria para encontrar maneiras de colocar a tecnologia em uso.”
O artigo, “As trajetórias semelhantes a gavinhas programadas em ângulo permitem uma garra multifuncional com ultradelicadeza, ultraforça e ultraprecisão”, foi publicado em acesso aberto na revista Natureza Comunicações. O artigo foi co-escrito por Yao Zhao e Yanbin Li, pesquisadores de pós-doutorado na NC State; Joseph Berman, um Ph.D. estudante na NC State; e Yinding Chi, um ex-Ph.D. estudante na NC State.
O trabalho foi feito com o apoio da National Science Foundation sob os subsídios 2005374 e 2221479.
.
