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Cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah (KAUST), na Arábia Saudita, desenvolveram uma pequena “máquina de garra” capaz de pegar e soltar uma bola do tamanho de uma bola de gude em resposta à exposição a vapores químicos.
As descobertas, publicadas em 12 de julho na revista Químicaapontam para uma técnica que pode permitir que atuadores macios — as partes de uma máquina que a fazem se mover — realizem múltiplas tarefas sem a necessidade de materiais adicionais caros. Enquanto atuadores macios existentes podem ser “pôneis de um truque só” restritos a um tipo de movimento, este novo filme composto se contorce de diferentes maneiras dependendo do vapor ao qual é exposto.
“Ele pode dobrar e esticar dependendo de interações moleculares, o que é muito sofisticado nessa faixa de tamanho”, diz a autora Niveen M. Khashab, professora de química na KAUST. “Esperamos que nossas descobertas sejam usadas para desenvolver sistemas robóticos macios avançados, capazes de movimentos precisos e adaptáveis em vários ambientes”, diz ela, sugerindo que os sistemas podem ser usados em dispositivos médicos, automação industrial e ferramentas usadas para medir temperatura, qualidade do ar e umidade.
Para testar a capacidade da máquina de garra de executar múltiplas tarefas, os pesquisadores primeiro a expuseram à acetona. Na presença desse vapor, o dispositivo agarrou uma bola de algodão vermelha e esticou-se para que pudesse soltá-la em uma caixa. Quando a equipe expôs a máquina ao vapor de etanol, ela agarrou a bola de algodão e a removeu da caixa.
Ao contrário de atuadores rígidos em “robôs rígidos”, que podem ser feitos de metal ou plástico resistente, atuadores macios são flexíveis, permitindo que eles realizem uma série de tarefas que seus equivalentes rígidos não conseguem. Como resultado, atuadores macios têm sido a tecnologia de escolha para aplicações de ponta, como agricultura de precisão, exploração de águas profundas e dispositivos vestíveis.
Mas atuadores macios ainda são limitados — eles podem dobrar, torcer ou esticar, mas nenhum atuador pode se mover de várias maneiras, impedindo-os de executar tarefas mais complexas que os emprestariam a uma gama ainda maior de usos. Embora os pesquisadores tenham recentemente experimentado designs de atuadores para dar aos dispositivos uma gama maior de movimento, muitas dessas estratégias envolvem a combinação de materiais diferentes, o que os torna caros e difíceis de fabricar, ao mesmo tempo em que aumenta o risco de falha mecânica.
Para superar esse desafio, Khashab e colegas desenvolveram uma máquina de garra feita de uma matriz de polímero contendo gaiolas moleculares com o composto orgânico ureia. Os pesquisadores escolheram ureia para as gaiolas porque o composto pode formar múltiplas ligações de hidrogênio, permitindo que as moléculas de ureia se reconfigurem rapidamente quando expostas a diferentes moléculas em vapores. Como resultado, as propriedades do material podem ser controladas com precisão, facilitando sua personalização.
As descobertas sugerem que o material do qual a máquina é feita pode ser “efetivamente programado para realizar movimentos complexos controlando criteriosamente o tipo e a concentração do estímulo de vapor”, escrevem os autores.
“A descoberta mais notável foi o comportamento de atuação único, em que o atuador macio executou um movimento complexo envolvendo ‘curvatura, alongamento e reversão’, o que não havia sido relatado anteriormente”, diz Khashab.
Em seguida, Khashab e colegas planejam estudar a densidade de energia da máquina de garra e quão eficientemente ela converte energia para que eles possam melhorar seu desempenho, ela diz. Eles também testarão sua capacidade de produzir sinais elétricos quando o atuador macio for combinado com materiais que geram uma carga elétrica, com o objetivo final de desenvolver dispositivos eletrônicos vestíveis flexíveis, diz Khashab.
Este trabalho foi apoiado pela Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah (KAUST).
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