O bloqueio magnético abre novas fronteiras para a microrobótica

Será que pequenos objetos magnéticos, que rapidamente se aglomeram e se desfazem instantaneamente, um dia realizarão procedimentos delicados dentro do corpo humano? Um novo estudo realizado por pesquisadores do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes em Stuttgart e da ETH Zurique apresenta um método sem fio para enrijecer e relaxar pequenas estruturas usando campos magnéticos, sem fios, bombas ou contato físico.

Na música, “jamming” refere-se à reunião espontânea de músicos que muitas vezes improvisam sem almejar um resultado predefinido. Na física, o congestionamento descreve a transição de um material de um estado fluido para um estado sólido – como um engarrafamento, onde o fluxo de carros para repentinamente. Essa transformação também pode ser acionada sob demanda, oferecendo uma maneira poderosa e versátil de controlar a rigidez de sistemas robóticos.

Na maioria das aplicações robóticas, o bloqueio é obtido usando sistemas de vácuo que sugam o ar de invólucros flexíveis preenchidos com materiais como partículas, fibras ou grãos. Mas esses sistemas exigem bombas, válvulas e tubos, o que os torna difíceis de miniaturizar.

É aqui que entra o trabalho de Buse Aktaş, chefe do “Grupo de Compostos e Composições Robóticas (RoCoCo)” do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes. Juntamente com colegas da ETH Zürich, Aktaş desenvolveu uma maneira de bloquear e desbloquear partículas magnéticas usando apenas campos magnéticos sem fio – sem a necessidade de tubos ou bombas.

“Combinamos materiais magnéticos e não magnéticos em partículas compostas que podem atrair e aderir uns aos outros conforme necessário”, explica Aktaş. “Quando o campo magnético é desligado, eles se desfazem facilmente. Essa aglomeração reversível e programável nos permite ajustar remotamente as propriedades mecânicas dos materiais.”

No artigo publicado em Comunicações da Natureza em 30 de setembro, a equipe apresentou partículas magnéticas compostas em forma de dados, de tamanho milimétrico, que colocaram em uma plataforma cercada por bobinas magnéticas.

Dependendo do desenho do compósito e da configuração do campo magnético, as partículas atraem-se umas às outras para formar agregados – ao longo de linhas, superfícies ou ao longo de um volume. O sistema resultante permite que as estruturas se montem, enrijeçam, relaxem ou quebrem, tudo por meio de controle magnético.

Embora os protótipos atuais tenham apenas alguns milímetros de tamanho, os pesquisadores pretendem reduzir o sistema ao nível micrométrico – começando com uma compreensão mais profunda da física fundamental por trás do bloqueio magnético.

“Métodos de atuação baseados em vácuo ou outros métodos de atuação amarrados, como sistemas eletrostáticos, não escalam facilmente”, explica Aktaş. “Mas com o magnetismo, podemos reduzir o tamanho dos blocos de construção enquanto mantemos o controle sobre seu comportamento. Isso introduz uma nova estratégia para alcançar controle mecânico reversível e sem fio em pequenas escalas – oferecendo uma base para futuras ferramentas em microrobótica, materiais inteligentes, sistemas biomédicos e micromanipulação. ”