Novo atuador de hidrogel permite que robôs macios se movam em terrenos acidentados

O Grupo de Materiais Polímeros Inteligentes liderado pelo Prof. Chen Tao do Instituto de Tecnologia e Engenharia de Materiais de Ningbo (NIMTE) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), em cooperação com o Prof. Zheng Yinfei da Universidade de Zhejiang, desenvolveu um robô macio com deformação adaptativa que pode alcançar locomoção off-road multidimensional em terrenos naturais.

Esta obra foi publicada em Pesquisa.

Como um processo de evolução natural, os organismos alcançaram locomoção versátil, como caminhar, rastejar e nadar para se adaptar às mudanças em seu ambiente externo. Como candidato ideal para material biomimético, o hidrogel pode gerar diversas formas biomiméticas devido à sua excelente autodeformação e propriedades mecânicas semelhantes aos tecidos moles. No entanto, ativar essa deformação in-situ para enfrentar a locomoção autônoma e acionar várias tarefas continua sendo um desafio.

Inspirada no autocrescimento e evolução de organismos vivos, como lagartas, uma camada de hidrogel fototérmico contendo Fe₃O₄ nanopartículas foi cultivada na superfície de uma esponja isotrópica de poli(N-isopropil acrilamida) (PNIPAm), formando assim uma estrutura de bicamada anisotrópica via polimerização por difusão interfacial.

Após a irradiação de luz infravermelha próxima programada, as configurações anisotrópicas do hidrogel de bicamada foram reconfiguradas e remontadas para se adaptar às mudanças em ambientes externos, exibindo vários graus de deformação e várias formas.

Em virtude da deformação programada espacialmente, um intertravamento de encaixe e espiga foi formado dinamicamente por meio da interação entre autodeformação e terrenos acidentados, quando o atuador de hidrogel dobrou ou se recuperou. Assim, o atuador de hidrogel pode imitar o rastejar de vermes para gerar propulsão periódica, realizando locomoção off-road em vários substratos ásperos artificiais e terrenos arenosos naturais.

Beneficiando-se da deformação adaptativa, o atuador de hidrogel rastejável mudou seu volume e modo de rastreamento com a sinergia de cada tentáculo, adaptando-se assim aos terrenos complexos, incluindo uma passagem de montanha, um vale e um cume.

Com base na montagem de vários motores de hidrogel, até mesmo uma carga estática foi ativada e pode rastejar no substrato áspero 2D ou ultrapassar terrenos arenosos complexos.

Esta estratégia é um passo à frente para o projeto e desenvolvimento de robôs macios, materiais deformáveis ​​e dispositivos biomiméticos.