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Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte demonstraram atuadores hidráulicos macios em miniatura que podem ser usados para controlar a deformação e o movimento de robôs macios com menos de um milímetro de espessura. Os pesquisadores também demonstraram que esta técnica funciona com materiais com memória de forma, permitindo aos usuários travar repetidamente os robôs macios na forma desejada e retornar à forma original conforme necessário.
“A robótica suave é promissora para muitas aplicações, mas é um desafio projetar os atuadores que impulsionam o movimento dos robôs leves em pequena escala”, diz Jie Yin, autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e professor associado de mecânica e aeroespacial. engenharia na NC State. “Nossa abordagem faz uso de tecnologias de impressão 3D multimateriais disponíveis comercialmente e polímeros com memória de forma para criar atuadores suaves em microescala que nos permitem controlar robôs macios muito pequenos, o que permite controle e delicadeza excepcionais.”
A nova técnica baseia-se na criação de robôs suaves que consistem em duas camadas. A primeira camada é um polímero flexível criado usando tecnologias de impressão 3D e incorpora um padrão de canais microfluídicos – essencialmente tubos muito pequenos que atravessam o material. A segunda camada é um polímero flexível com memória de forma. Ao todo, o robô macio tem apenas 0,8 milímetros de espessura.
Ao bombear fluido para os canais microfluídicos, os usuários criam pressão hidráulica que força o robô macio a se mover e mudar de forma. O padrão dos canais microfluídicos controla o movimento e a mudança de forma do robô flexível – seja ele dobrado, torcido ou assim por diante. Além disso, a quantidade de fluido que está sendo introduzida e a rapidez com que ele é introduzido controlam a rapidez com que o robô flexível se move e a quantidade de força que o robô flexível exerce.
Se os usuários desejarem ‘congelar’ a forma macia do robô, eles podem aplicar calor moderado (64°C ou 147°F) e depois deixar o robô esfriar brevemente. Isso evita que o robô macio volte à sua forma original, mesmo depois que o líquido nos canais microfluídicos for bombeado. Se os usuários quiserem retornar o robô macio à sua forma original, eles simplesmente aplicam o calor novamente após bombear o líquido, e o robô relaxa até sua configuração original.
“Um fator chave aqui é o ajuste fino da espessura da camada de memória de forma em relação à camada que contém os canais microfluídicos, “diz Yinding Chi, co-autor principal do artigo e ex-Ph.D. estudante da NC State. “Você precisa que a camada com memória de forma seja fina o suficiente para dobrar quando a pressão do atuador é aplicada, mas espessa o suficiente para fazer com que o robô macio retenha sua forma mesmo depois que a pressão for removida.”
Para demonstrar a técnica, os pesquisadores criaram uma “garra” robótica macia, capaz de pegar pequenos objetos. Os pesquisadores aplicaram pressão hidráulica, fazendo com que a pinça fechasse um objeto. Ao aplicar calor, os pesquisadores conseguiram fixar a pinça na posição “fechada”, mesmo após liberar a pressão do atuador hidráulico. A pinça poderia então ser movida – transportando o objeto que segurava – para uma nova posição. Os pesquisadores então aplicaram calor novamente, fazendo com que a pinça liberasse o objeto que havia pego. O vídeo desses robôs leves em ação pode ser encontrado em https://youtu.be/5SIwsw9IyIc.
“Como esses robôs macios são tão finos, podemos aquecê-los até 64°C de forma rápida e fácil usando uma pequena fonte de luz infravermelha – e eles também esfriam muito rapidamente”, diz Haitao Qing, co-autor principal do artigo e Ph. D. estudante da NC State. “Portanto, toda esta série de operações leva apenas cerca de dois minutos.
“E o movimento não precisa ser uma pinça que aperta”, diz Qing. “Também demonstramos uma pinça inspirada nas vinhas da natureza. Essas pinças envolvem rapidamente um objeto e o prendem com força, permitindo uma pegada segura.
“Este artigo serve como uma prova de conceito para esta nova técnica, e estamos entusiasmados com as aplicações potenciais para esta classe de atuadores suaves em miniatura em robôs macios de pequena escala, máquinas que mudam de forma e engenharia biomédica.”
Este trabalho foi realizado com o apoio da National Science Foundation sob as bolsas 2126072 e 2329674.
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