O robô macio à base de eletrodos de papel alcança movimento de rastejamento

Os sistemas biológicos inspiraram o desenvolvimento de sistemas robóticos macios de próxima geração com diversos movimentos e funções. Essa versatilidade em robôs macios-em termos de rastejamento rápido e eficiente-pode ser alcançado por meio de flexão assimétrica através de atuadores do tipo bicamada que combinam elastômeros de cristal líquido responsivo (LCEs) com substratos flexíveis. Isso, por sua vez, requer LCES responsivos à temperatura com regulação precisa da temperatura por meio de elaboradas configurações de aquecimento de joule.

No entanto, é uma tarefa complicada devido à dificuldade em gerar movimentos assimétricos usando distribuições térmicas isotrópicas, necessitando de padronização simples de gradiente de temperatura e tecnologias de fabricação de bicamadas.

Abordando esses desafios, uma equipe de pesquisadores do Departamento de Engenharia Química da Universidade de Chung-Ang, liderada pelo professor Suk Tai Chang e pelo Professor Assistente Changyeon Lee, propuseram um método fácil de revestimento com eletrólito para padronizar gradientes de temperatura assimétricos em substratos de papel. Suas descobertas foram disponibilizadas on -line e publicadas na revista Materiais funcionais avançados em 30 de julho de 2025.

O Prof. Chang lança luz sobre a motivação por trás de suas pesquisas. “Nossa motivação para este trabalho vem do mundo fascinante da natureza, especificamente o movimento rastreador das lagartas. Ficamos intrigados com a maneira como um organismo tão simples poderia alcançar locomoção altamente eficiente por meio de flexão sequencial e alongamento. Eu queria replicar esse mecanismo elegante em um sistema robótico suave, mas sem a complexidade de métodos tradicionais que frequentemente requerem o integridade do meio -intencionação.

Com essa visão em mente, os pesquisadores escolheram o artigo baseado em celulose-um material comum e ecológico-como substrato para os robôs suaves. Além disso, em vez de projetos complexos de circuitos, eles se voltaram para a tecnologia de padronização de eletrodo baseada em impressão para simplificar drasticamente o processo de fabricação.

“Os substratos de papel baseados em celulose fornecem vantagens distintas devido à sua estrutura porosa, o que permite a deposição fácil do eletrodo por meio de processos baseados em solução e oferece alta deformabilidade mecânica”, observa o Prof. Lee.

Neste estudo, a equipe depositou os eletrodos de Cu assimetricamente em substratos em papel alterando as larguras dos eletrodos. Essa variação causou gradientes de resistência elétrica, produzindo gradientes significativos de temperatura em todo o substrato. Esse processo finalmente resultou em robôs macios com eficiência energética capazes de rastrear direcional a um baixo valor de tensão de atuação por meio da integração do substrato de papel com o LCES em uma arquitetura de bicamada.

“Dessa maneira, alcançamos com sucesso o movimento de flexão assimétrica, o que é uma tarefa difícil para os robôs macios convencionais. Ao controlar com precisão o gradiente de temperatura no eletrodo à base de papel, fomos capazes de induzir a flexão diferencial, que imita o movimento de rastreamento natural de uma latera.

O robô de rastejamento leve e fino apresentado neste trabalho pode ser usado para monitoramento ambiental ou executar tarefas especiais em ambientes difíceis para os seres humanos, seja devido a restrições físicas ou preocupações de segurança.

No geral, a simplicidade e a relação custo-benefício do processo de padronização de eletrodos, em combinação com a abundância e a natureza ecológica dos atuadores baseados em papel, é uma abordagem promissora para a fabricação escalável e sustentável de robôs suaves da vida real, abrindo caminho para a integração generalizada de robôs suaves em nossas vidas diárias.

Fornecido pela Universidade Chung Ang