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Músculos artificiais tornam robôs-insetos mais fortes e eficientes

Músculos artificiais tornam robôs-insetos mais fortes e eficientes

Data de Publicação: 4 de janeiro de 2022 10:58:00
Os dispositivos operam com uma tensão 75% menor e são capazes de carregar 80% mais carga útil durante o voo.

Pesquisadores do MIT, nos EUA, desenvolveram microrrobôs do tamanho de insetos que funcionam com a ajuda de músculos artificias de baixa voltagem e alta potência. Os dispositivos operam com uma tensão 75% menor e são capazes de carregar 80% mais carga útil durante o voo.

Os atuadores suaves movimentam as asas do robô em alta velocidade, dando ao bot a agilidade semelhante a de um mosquito que consegue voar em enxames para polinizar um campo de plantações ou procurar por sobreviventes debaixo de escombros de um prédio desabado.

“As pessoas tendem a pensar que os robôs leves não são tão capazes quanto seus irmãos rígidos. Agora, nós demonstramos que esses bots, pesando menos de um grama, podem voar e pairar por muito mais tempo consumindo quase nada de energia”, explica o professor de engenharia elétrica Kevin Chen, coautor do estudo.

Músculos artificiais

O microrrobô retangular pesa menos que uma moeda e tem apenas quatro conjuntos de asas acionadas por meio de um atuador macio. Esses “músculos artificiais” possuem camadas de elastômero colocadas entre dois eletrodos ultrafinos, enroladas em um cilindro flexível. Quando a tensão é aplicada ao atuador, os eletrodos comprimem o elastômero e esse estresse mecânico faz com que as asas batam sem parar.

Durante os testes realizados em laboratório, os cientistas conseguiram criar um atuador com 20 camadas, cada uma com 10 micrômetros e espessura — quase o diâmetro de um glóbulo vermelho. No processo de revestimento do dispositivo, o elastômero é derramado sobre uma superfície plana girando rapidamente, fazendo com que a força centrífuga puxe o filme para fora, tornando-o mais fino.

“Esse processo cria muitas bolhas de ar, por isso desenvolvemos um sistema de aspiração que atua logo após o revestimento por rotação, com o elastômero ainda úmido. Remover esses defeitos aumenta a potência do atuador em mais de 300% e melhora significativamente sua vida útil”, acrescenta Chen.

Eletrodos ultrafinos

Os pesquisadores fabricaram eletrodos ultrafinos, compostos por nanotubos de carbono 50 mil vezes menores que o diâmetro de um cabelo humano. Altas concentrações desses nanotubos aumentam a potência do atuador e reduzem a voltagem necessária para seu funcionamento.

Para contornar o tempo de cura do material, os cientistas descobriram que assar cada camada por alguns minutos, imediatamente após os nanotubos serem transferidos para o elastômero, reduz o intervalo de secagem à medida que mais camadas são adicionadas ao dispositivo.

“A primeira vez que pedi ao meu aluno para fazer um atuador multicamadas, ao atingir 12 faixas, ele teve que esperar dois dias para curar por completo. Isso tornava todo o processo inviável, principalmente quando se pretende fabricar equipamentos em escala maior”, afirma Chen.

Multicamadas

A ciência já vem trabalhando no desenvolvimento de músculos artificiais que consomem pouca energia para equipar robôs miniaturizados. Com essa técnica aprimorada, os pesquisadores criaram um músculo artificial contendo 20 camadas que precisa de menos de 500 volts para funcionar. Mesmo com essa quantidade reduzida de energia elétrica, o dispositivo consegue levantar objetos com quase três vezes o seu próprio peso.

Além disso, o microrrobô também foi capaz de se manter pairando no ar por mais de 20 segundos sem perder a estabilidade o que, segundo os cientistas, é um recorde para a categoria. O atuador multicamadas ainda permaneceu funcionando sem apresentar problemas mesmo depois de ser acionado por mais de 2 milhões de ciclos.

“Desenvolver um músculo artificial de apenas 10 micrômetros é animador, mas temos a esperança de reduzir essa espessura para menos de 1 micrômetro, o que poderia abrir muitas portas para a criação de robôs mais eficientes do tamanho de insetos que encontramos na natureza”, encerra Kevin Chen.

Fonte: MIT

 

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