Músculos magnéticos finos como papel dão vida a robôs de origami para uso médico

Uma nova técnica de impressão 3D pode criar “músculos magnéticos” finos como papel, que podem ser aplicados a estruturas de origami para fazê-las se mover.

Ao infundir elastômeros semelhantes à borracha com materiais chamados partículas ferromagnéticas, pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte imprimiram em 3D uma fina película magnética que pode ser aplicada a estruturas de origami. Quando expostos ao magnetismo, os filmes atuaram como atuadores, o que fez com que o sistema se movesse sem interferir no movimento da estrutura do origami.

Este tipo de ímã macio é único pelo pouco espaço que ocupa, disse Xiaomeng Fang, professor assistente do Wilson College of Textiles e autor principal de um artigo sobre a técnica publicado em Materiais Funcionais Avançados.

“Tradicionalmente, os atuadores magnéticos usam o tipo de pequenos ímãs rígidos que você pode colocar na geladeira. Você coloca esses ímãs na superfície do robô macio e eles o fazem se mover”, disse ela. “Com esta técnica, podemos imprimir uma película fina que podemos colocar diretamente nas partes importantes do robô de origami sem reduzir muito a sua área de superfície.”

Os cientistas projetaram seu robô principal para administrar remédios para úlceras dentro do corpo humano, usando um padrão de origami chamado Miura-Ori. A técnica permite que uma grande superfície plana se dobre em uma área muito menor. Os “músculos” magnéticos estão ligados às facetas do origami – quando expostos a um campo magnético, eles ajudam o origami a se abrir e navegar até o local da úlcera.

O design do Miura-Ori é adequado para administrar medicamentos, disse Fang, porque pode ser ingerido como um objeto pequeno e depois aberto para administrar o medicamento com toda a sua superfície.

Os pesquisadores testaram o robô usando um estômago simulado feito de uma esfera de plástico cheia de água morna. Guiando o robô através do estômago usando magnetismo externo, os pesquisadores manobraram-no com sucesso até o local da úlcera, posicionaram-no em seu estado desdobrado e prenderam-no no lugar por meio de películas magnéticas macias fixadas externamente. Essa configuração permitiu a liberação controlada e constante do medicamento ao longo do tempo, para um procedimento seguro e não invasivo que permite aos pacientes realizar atividades diárias normalmente.

Tentativas anteriores de usar partículas ferromagnéticas tiveram dificuldade para gerar força suficiente para mover robôs, disse Fang, porque não foram capazes de colocar partículas suficientes na solução de borracha. A adição de uma grande quantidade de partículas torna a borracha líquida preta, que absorve os raios UV usados ​​para solidificar a solução e evita que ela cure adequadamente. A energia térmica também pode ajudar a solidificar a borracha, por isso os pesquisadores adicionaram uma placa quente embaixo da placa coletora para aumentar a luz ultravioleta.

“Adicionar a placa quente significou que poderíamos usar uma concentração muito maior de partículas ferromagnéticas do que o normal, o que foi o verdadeiro avanço”, disse Fang. “Quanto mais partículas você for capaz de usar, mais força magnética será capaz de gerar.”

Usando um padrão de origami Miura-Ori diferente, os pesquisadores também criaram um segundo robô projetado para rastejar para frente. Quando colocado em um campo magnético, músculos colocados em áreas específicas do robô fazem com que ele se contraia, com a seção frontal subindo e a traseira se aproximando. Quando o campo é desligado, o movimento de retorno à sua posição original empurra o robô para frente – um único “passo”.

Este robô rastejante de origami é capaz de atravessar obstáculos de até 7 milímetros de altura com velocidade ajustável por meio da intensidade e frequência do campo magnético, e se adaptar a diversos terrenos, incluindo areia.

Juntos, esses dois robôs demonstram o potencial significativo de atuadores magnéticos suaves e estruturas de origami em robótica, disse Fang.

“Existem muitos tipos diversos de estruturas de origami com as quais esses músculos podem trabalhar e podem ajudar a resolver problemas em áreas que vão da biomedicina à exploração espacial”, disse Fang. “Será emocionante continuar a explorar mais aplicações para esta tecnologia.”