Músculos artificiais robóticos estáveis ​​e eficientes construídos com base em novas combinações de materiais

Os atuadores, que convertem energia elétrica em movimento ou força, desempenham um papel fundamental na vida diária, embora muitas vezes passem despercebidos. Atuadores baseados em materiais macios, em particular, ganharam atenção científica nos últimos anos devido à sua leveza, operação silenciosa e biodegradabilidade. Uma abordagem direta para a criação de atuadores suaves envolve o emprego de estruturas multimateriais, como “bolsas” feitas de filmes plásticos flexíveis preenchidos com óleos e revestidos com plásticos condutores.

Quando submetido à ativação elétrica, o filme desloca o fluido e contrai a bolsa, semelhante a um músculo biológico. Este sistema pode ser usado para construir músculos artificiais para robôs, óptica ajustável ou superfícies táteis. No entanto, até agora, a aplicação de ativação elétrica constante só permitia contrações musculares de curto prazo, representando uma limitação significativa para aplicações práticas.

O pesquisador Ion-Dan Sîrbu da Scuola Superiore Sant’Anna, ex-aluno de doutorado na Universidade de Trento sob a supervisão de Giacomo Moretti e Marco Fontana, começou a investigar esse fenômeno durante um período de pesquisa na Universidade Johannes Kepler em Linz.

Juntamente com o grupo de pesquisa austríaco, Ion-Dan Sîrbu desenvolveu um sistema que permite a medição precisa da força nestes atuadores.

“Durante minha pesquisa sobre combinações de materiais comuns”, explica Ion-Dan Sîrbu, “também fiz experiências com um filme plástico que um colega estudante de doutorado, David Preninger, usou em seu trabalho com músculos artificiais biodegradáveis. Assim que percebemos que este material podemos sustentar uma força constante por períodos arbitrariamente longos, percebemos que havíamos feito uma descoberta significativa.”

Desde então, a equipe trabalhou em um modelo teórico e conduziu caracterizações aprofundadas dos materiais. Tornou-se evidente que os principais resultados experimentais poderiam ser descritos com precisão usando modelos simples.

“A beleza do nosso modelo é a sua simplicidade e não se limita aos atuadores existentes. Acreditamos que os nossos resultados fornecerão à comunidade científica uma ferramenta simples, mas poderosa, para projetar e investigar novos sistemas”, diz David Preninger, co-primeiro autor do artigo e estudante de doutorado no departamento de Física da Matéria Suave da Universidade Johannes Kepler, descrevendo a pesquisa publicada recentemente em Eletrônica da Natureza.

“O que é interessante é que não só tornamos esta tecnologia mais funcional, mas o nosso estudo permite a identificação de combinações de materiais que trazem reduções de até mil vezes no consumo de energia”, acrescenta o Prof.

Utilizando as combinações de materiais identificadas, os cientistas desenvolveram e operaram com sucesso vários tipos de músculos artificiais, óptica de gradiente variável e telas táteis.

O professor Fontana enfatiza: “Compreender os mecanismos fundamentais subjacentes aos atuadores suaves, conforme estabelecido por este estudo, tem o potencial de dar um salto significativo no campo de dispositivos de assistência, máquinas automáticas e robôs móveis para exploração terrestre, marítima e espacial. Todos esses setores buscam soluções de baixo custo e alto desempenho, que também sejam capazes de garantir baixo consumo e impactos ambientais para a sustentabilidade.”