Pequenos robôs macios anfíbios transportam carga através da terra e água com facilidade

O futuro das missões de resgate e exploração poderia estar nas mãos – ou melhor, os movimentos flexíveis – de um enxame de robôs leves, macios e inteligentes? Imagine enxames de robôs de corpo macio trabalhando com a eficiência coordenada de uma colônia de formigas para navegar em ambientes complexos e imprevisíveis, transitando perfeitamente entre águas escuras, bancos lamacentos e obstáculos acidentados para fornecer cargas essenciais. Essa visão está se movendo constantemente da ficção científica para a realidade tangível através do campo da robótica suave.

Ao contrário de suas contrapartes industriais rígidas, os robôs macios são construídos a partir de materiais compatíveis que fornecem notável deformabilidade e adaptabilidade. Isso lhes permite atravessar espaços confinados e interagir com segurança com ambientes delicados e tecidos biológicos, oferecendo potencial transformador para aplicações em busca e resgate, monitoramento do ecossistema e procedimentos médicos direcionados.

No entanto, um gargalo tecnológico significativo impediu a implantação generalizada e prática dessas máquinas. A geração atual de robôs macios geralmente se destaca principalmente em nichos altamente especializados. A maioria é projetada para responder a um único estímulo externo – como luz, calor ou campo magnético – e geralmente são otimizados para operação em um único ambiente, como terra ou água. Essa falta de versatilidade apresenta uma grande limitação em cenários do mundo real, que são inerentemente complexos e anfíbios.

Surge um desafio mais profundo quando são feitas tentativas para integrar vários mecanismos responsivos: simplesmente combinando, por exemplo, um material sensível ao calor com um motorista magnético geralmente leva a sinais conflitantes e interferência interna, causando atuação não confiável e perda de controle preciso. O principal desafio, portanto, tem sido desenvolver um sistema unificado que pode integrar harmoniosamente múltiplos “sentidos” ambientais “, permitindo que um único robô suave se adapte e tenha um desempenho coerente ao longo da fronteira dinâmica entre água e terra.

O plano para resolver esse complexo problema foi encontrado no mundo natural. Insetos como formigas e besouros de hidromassagem são mestres da navegação do terreno diferente. Insetos como formigas e besouros rotativos são mestres em navegar em diversos terrenos, reagindo rapidamente para evitar o perigo quando o sentem. Suas ações são governadas por uma interpretação sinérgica contínua de seus arredores.

Esse princípio da resposta sinérgica inspirou pesquisas realizadas pelos professores Chen Xin e Chen Yun na Universidade de Tecnologia de Guangdong, em colaboração com o Dr. Guo Yuanhui, da Universidade Normal Politécnica de Guangdong. Seu objetivo era projetar um robô macio que pudesse perceber e responder a várias pistas ambientais simultaneamente, bem como suas contrapartes biológicas. A pesquisa é publicada na revista SmartBot.

A solução da equipe se concentrou em criar um filme composto de várias camadas de várias camadas que funciona como um “músculo artificial” avançado. O processo de fabricação é inovador e sofisticado. Eles começaram com um filme comum de poliimida (PI) e aplicaram uma modificação química controlada usando um alcalino forte. Este tratamento quebra ligações moleculares específicas na superfície do filme, convertendo -a com sucesso em uma camada de ácido poliamico (PAA). A camada PAA é altamente responsiva às mudanças de temperatura e umidade, expandindo ou contratando para fornecer as duas primeiras respostas de estímulo.

A próxima etapa envolveu as partículas magnéticas de boro magnético de ferro de neodímio (NDFEB) em uma camada de borracha de silicone separada, que foi então ligada ao filme PI-PAA. Esta camada final adiciona uma terceira resposta poderosa aos campos magnéticos externos, permitindo a direção e a propulsão remotas precisas. O brilho desse design de “sanduíche de camada tripla” está em sua clara segregação da função de cada camada responsiva, impedindo efetivamente a interferência que impediu os robôs multi-estímulos anteriores.

Os recursos permitidos por esse design são notáveis. O robô resultante, pesando apenas 8 miligramas, exibe um nível de agilidade e força que acreditam em seu tamanho minúsculo. Ele atinge velocidades impressionantes de até 9,6 cm/s (aproximadamente 32 comprimentos do corpo por segundo) na superfície da água – desempenho comparável ao dos besouros reais.

Guiado por um campo magnético rotativo, ele realiza uma marcha rolante robusta, permitindo que ele suba encostas, faça a transição da terra subaquática para a terra seca e navegue em cursos complexos de obstáculos. Talvez a demonstração mais atraente de sua utilidade seja sua capacidade de transporte de carga. O robô pode transportar uma carga útil pesando 2,5 vezes seu próprio peso corporal em uma jornada de várias etapas.

Em um experimento, o robô transportou uma pequena pedra através de um caminho desafiador envolvendo viagens subaquáticas, uma subida na terra e um retorno final à água. Ao chegar ao seu destino, uma breve exposição à luz do infravermelho próximo-que aquece localmente o robô-trigi uma mudança de forma programada, fazendo com que ela se desenrolasse e libere sua carga com precisão. Depois que a luz foi removida, o robô retornou à sua forma original e recuou sob orientação magnética, completando um ciclo missionário completo de pick-up, transporte entre terrenos e entrega direcionada.

Esta pesquisa representa um importante avanço de protótipos especializados a robôs macios de uso geral. A demonstração bem-sucedida de uma resposta tripla, robô macio anfíbio, capaz de executar tarefas complexas, abre novas oportunidades para implantar robôs suaves em ambientes que atualmente são perigosos demais ou inacessíveis para seres humanos ou robôs convencionais.

As aplicações em potencial incluem a inspeção de infraestrutura subaquática, monitoramento de áreas úmidas poluídas e operação em zonas de desastre. Ao inspirar -se nos projetos sinérgicos da natureza, este trabalho contribui para o desenvolvimento contínuo de robôs que podem operar efetivamente dentro das complexidades dos ambientes naturais.

Fornecido pela Universidade de Tecnologia de Guangdong