A pinça robótica autocurável pode ser o futuro da robótica suave sustentável

Os pesquisadores desenvolveram uma pinça robótica autocurativa para uso em robótica leve que é adaptável, reciclável e resistente a danos, graças à cura autônoma assistida por calor.

Um elastômero autocurativo forma a membrana flexível e deformável da pinça. Desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Cambridge e da Vrije Universiteit Brussel, o elastômero – uma classe especial de polímero com propriedades únicas, como elasticidade e resistência – é capaz de se autocurar de danos macroscópicos, incluindo arranhões e perfurações causadas pelo contato direto com objetos pontiagudos. objetos ou superfícies.

Um sensor de pressão atua como sistema de alerta precoce de detecção de danos. Entretanto, o aquecimento integrado autónomo consegue uma cura rápida em aproximadamente nove minutos à temperatura desejada de 70°C.

Ao contrário de outras garras robóticas universais, esta proposta de garra universal autocurativa pode ser totalmente reprocessada e reciclada – algo que contrasta com os silicones tradicionais atualmente usados ​​em garras robóticas macias, que oferecem pouca reciclabilidade e uma vida útil limitada. Os resultados são relatados na revista Sistemas Inteligentes Avançados.

Materiais macios e flexíveis são normalmente usados ​​para a fabricação de robôs macios, pois são absorventes de choque e podem proteger o robô de impactos mecânicos. Esses materiais permitem que as pinças universais macias se adaptem, agarrem e manuseiem uma ampla variedade de objetos de formatos diferentes e irregulares.

Os pesquisadores descobriram que a pinça universal autocurável é capaz de agarrar uma variedade de objetos de maneira confiável em uma tarefa de pegar e colocar, incluindo alicates, marcadores, rolos de fita adesiva e chaves de fenda. Isto se deve ao design da pinça, que se baseia no bloqueio de partículas. Esferas de aço altamente condutoras encerradas dentro da membrana autocurante ajudam a maximizar a transferência de calor para auxiliar no processo de cura autônomo. As esferas de aço também podem ser reaproveitadas em uma nova pinça ou reprocessadas por fusão.

“O polímero autocurativo que usamos em nossa pinça macia tem excelente resistência mecânica, aderência adaptativa e é resistente a danos”, disse o professor Fumiya Iida. “Onde os danos são demasiado grandes para serem reparados, concebemos uma pinça com elevado potencial de reciclagem, que pode ser completamente derretida, reprocessada e remodelada numa nova pinça – apresentando uma opção sustentável para pinças universais e robótica suave em geral no futuro .”

Resultados experimentais mostraram que não houve fechamento ou selagem do polímero danificado em temperaturas abaixo de 70°C.

A equipe de pesquisa investigou o desempenho de cura da membrana polimérica de várias fontes de danos:

• Cortando a superfície com um bisturi para imitar danos causados ​​por objetos pontiagudos ou bordas irregulares.
• Perfurar o polímero com uma agulha para replicar danos causados ​​por objetos espinhosos, como vidros quebrados e galhos pontiagudos.
• Cortar e rasgar para causar danos fatais à garra que provavelmente ocorrerão antes de levar à falha catastrófica da garra.

A análise microscópica de uma amostra de polímero, que foi curada após ser cortada em duas e fraturada sob força em um teste de tração, mostrou que uma nova fratura ocorreu em um local diferente da cicatriz original. Segundo os pesquisadores, essa descoberta demonstra três coisas: primeiro, a cura completa e bem-sucedida das duas partes destacadas; segundo, a recuperação total das propriedades mecânicas do polímero; e terceiro, confirmação de não haver nenhum ponto fraco criado no local da cicatriz original.

Huijiang Wang, coautor principal e pesquisador de estágio inicial Marie Sklodowska-Curie em Soft Robotics, disse: “Preservar o alto desempenho mecânico e a estabilidade dos polímeros junto com a cura rápida à temperatura ambiente (seja por calor ou luz) provou ser um desafio para a comunidade de materiais de autocura.

“No entanto, com a nossa pinça, todo o processo de autocura – detecção de danos, reorientação (virar a pinça de cabeça para baixo para a sua ‘posição de cura’ para aumentar o contacto entre as esferas de aço e o aquecedor integrado) e regulação da temperatura – é realizado de forma autónoma, sem qualquer necessidade de intervenção humana, criando um sistema como novo e capaz de retornar às suas tarefas.”