Inclusões de cristal líquido melhoram músculos artificiais para robôs

Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Waterloo desenvolveu um novo material que pode ser usado como músculos artificiais flexíveis para substituir motores e bombas rígidos em robôs e permitir que eles se movam com mais naturalidade e fluidez.

Os robôs macios diferem dos robôs rígidos porque são maleáveis ​​e flexíveis, tornando-os seguros para interação com as pessoas, mas os materiais atualmente utilizados nos componentes que permitem o seu movimento não são fortes o suficiente para serem eficazes.

O grupo de pesquisa liderado por Waterloo encontrou uma maneira de fortalecer dramaticamente materiais inteligentes semelhantes à borracha, misturando cristais líquidos (LCs) – comumente encontrados em displays para eletrônicos e sensores – em blocos de construção promissores para robôs macios conhecidos como elastômeros de cristal líquido (LCEs). O estudo está publicado na revista Materiais Avançados.

“O que chamamos de músculos artificiais são essenciais para desbloquear o verdadeiro potencial dos robôs leves”, disse o Dr. Hamed Shahsavan, professor de engenharia química em Waterloo, que liderou o grupo de pesquisa. “Eles permitem que os robôs se movam com flexibilidade, segurança e precisão. Isso é especialmente importante para aplicações como robôs micromédicos.”

LCEs são borrachas que sofrem grandes mudanças de forma, de forma reversível e programável, quando são aquecidas. Os pesquisadores descobriram que misturar pequenas quantidades de LCs com LCEs os tornava muito mais rígidos e até nove vezes mais fortes.

“Para colocar isto em perspectiva, as fibras dos novos LCEs podem, quando aquecidas, levantar cargas até 2.000 vezes o seu próprio peso”, disse Shahsavan, que também é diretor do Laboratório de Materiais Inteligentes para Tecnologias Robóticas Avançadas (SMART) em Waterloo.

Os LCEs fornecem um trabalho de quase 24 J/kg, cerca de três vezes mais do que o trabalho médio fornecido pelos músculos dos mamíferos, acrescentou.

A análise de raios X mostrou que os LCs se dispersam dentro dos LCEs e formam pequenas bolsas, como pedaços de chocolate na massa de biscoito. Embora ainda estejam na forma líquida, as bolsas LC se comportam surpreendentemente como sólidas, mantendo sua forma e fazendo com que os LCEs ao seu redor pareçam mais rígidos quando puxados ou esticados.

Os pesquisadores esperam que os LCEs com essas propriedades mecânicas aprimoradas desempenhem um papel significativo no campo emergente da robótica leve, permitindo amplitudes de movimento extremamente amplas e movimentos poderosos para tudo, desde a entrega de medicamentos dentro do corpo humano até o trabalho ao lado de humanos em fábricas.

“Materiais com tais capacidades são altamente desejados na robótica, pois podem substituir atuadores e motores elétricos antigos, volumosos e pesados, por músculos artificiais leves e macios, sem sacrificar o desempenho”, disse Shahsavan. “Esta é a estratégia mais simples, porém mais robusta, para fortalecer os LCEs e ainda manter sua natureza programável.”

O grupo de pesquisa internacional também incluiu: Dr. Tizazu Mekonnen, professor de engenharia química em Waterloo, Sahad Vasanji e Matthew Scarfo, estudantes de graduação em engenharia em Waterloo, Dr. Os pesquisadores agora estão focados em usar os novos materiais como tintas de impressão 3D para criar músculos artificiais.