Robôs parecidos com águas-vivas podem um dia limpar os oceanos do mundo

A maior parte do mundo é coberta por oceanos, que infelizmente estão altamente poluídos. Uma das estratégias para combater os montes de lixo encontrados nesses ecossistemas tão sensíveis – especialmente em torno dos recifes de coral – é empregar robôs para dominar a limpeza. No entanto, os robôs subaquáticos existentes são em sua maioria volumosos com corpos rígidos, incapazes de explorar e coletar amostras em ambientes complexos e não estruturados e são barulhentos devido a motores elétricos ou bombas hidráulicas.

Para um projeto mais adequado, os cientistas do Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes (MPI-IS) em Stuttgart buscaram inspiração na natureza. Eles configuraram um robô inspirado em água-viva, versátil, energeticamente eficiente e quase sem ruído do tamanho de uma mão. O Jellyfish-Bot é uma colaboração entre os departamentos de Inteligência Física e Materiais Robóticos do MPI-IS. “Uma plataforma robótica versátil semelhante a uma água-viva para propulsão e manipulação subaquática eficaz” foi publicado em Avanços da ciência.

Para construir o robô, a equipe usou atuadores eletro-hidráulicos através dos quais a eletricidade flui. Os atuadores servem como músculos artificiais que alimentam o robô. Ao redor desses músculos estão almofadas de ar, bem como componentes macios e rígidos que estabilizam o robô e o tornam à prova d’água. Dessa forma, a alta tensão que passa pelos atuadores não pode entrar em contato com a água ao redor.

Uma fonte de alimentação fornece eletricidade periodicamente através de fios finos, fazendo com que os músculos se contraiam e se expandam. Isso permite que o robô nade graciosamente e crie redemoinhos sob seu corpo.

“Quando uma água-viva nada para cima, ela pode prender objetos ao longo de seu caminho, pois cria correntes ao redor de seu corpo. Dessa forma, ela também pode coletar nutrientes. Nosso robô também circula a água ao seu redor. Essa função é útil para coletar objetos como partículas de resíduos. Ele pode então transportar o lixo para a superfície, onde pode ser posteriormente reciclado. Também é capaz de coletar amostras biológicas frágeis, como ovas de peixe. Enquanto isso, não há impacto negativo no ambiente circundante. A interação com espécies aquáticas é suave e quase sem ruído”, explica Tianlu Wang.

É pós-doutorando no Departamento de Inteligência Física do MPI-IS e primeiro autor da publicação.

Seu co-autor Hyeong-Joon Joo, do Departamento de Materiais Robóticos, continua: “Estima-se que 70% do lixo marinho afunde no fundo do mar. Os plásticos constituem mais de 60% desse lixo, levando centenas de anos para se degradar. Portanto, nós vimos uma necessidade urgente de desenvolver um robô para manipular objetos como lixo e transportá-lo para cima. Esperamos que os robôs subaquáticos possam um dia ajudar a limpar nossos oceanos.”

Jellyfish-Bots são capazes de mover e prender objetos sem contato físico, operando sozinhos ou com vários em combinação. Cada robô trabalha mais rápido do que outras invenções comparáveis, atingindo uma velocidade de até 6,1 cm/s. Além disso, o Jellyfish-Bot requer apenas uma baixa potência de entrada de cerca de 100 mW.

E é seguro para humanos e peixes caso o material polimérico que isola o robô um dia se desfaça. Enquanto isso, o ruído do robô não pode ser distinguido dos níveis de fundo. Desta forma, o Jellyfish-Bot interage gentilmente com seu ambiente sem perturbá-lo – muito parecido com sua contraparte natural.

O robô consiste em várias camadas: algumas o enrijecem, outras servem para mantê-lo flutuando ou isolá-lo. Uma outra camada de polímero funciona como uma película flutuante. Músculos artificiais movidos a eletricidade, conhecidos como HASELs, são incorporados no meio das diferentes camadas. HASELs são bolsas de plástico preenchidas com dielétrico líquido que são parcialmente cobertas por eletrodos. A aplicação de uma alta voltagem através de um eletrodo carrega-o positivamente, enquanto a água circundante é carregada negativamente.

Isso gera uma força entre o eletrodo carregado positivamente e a água carregada negativamente que empurra o óleo dentro das bolsas para frente e para trás, fazendo com que as bolsas se contraiam e relaxem, lembrando um músculo real. Os HASELs podem suportar as altas tensões elétricas geradas pelos eletrodos carregados e são protegidos contra a água por uma camada isolante. Isso é importante, pois os músculos HASEL nunca foram usados ​​para construir um robô subaquático.

O primeiro passo foi desenvolver Jellyfish-Bot com um eletrodo com seis dedos ou braços. Na segunda etapa, a equipe dividiu o único eletrodo em grupos separados para acioná-los de forma independente.

“Conseguimos agarrar objetos fazendo com que quatro dos braços funcionassem como uma hélice e os outros dois como uma pinça. Ou acionávamos apenas um subconjunto dos braços, a fim de direcionar o robô em diferentes direções. Também analisamos como podemos pode operar um coletivo de vários robôs. Por exemplo, pegamos dois robôs e os deixamos pegar uma máscara, o que é muito difícil para um único robô sozinho. Dois robôs também podem cooperar no transporte de cargas pesadas. No entanto, neste ponto, nosso Jellyfish-Bot precisa de um fio. Isso é uma desvantagem se realmente quisermos usá-lo um dia no oceano”, diz Hyeong-Joon Joo.

Talvez os fios que alimentam os robôs em breve sejam uma coisa do passado. “Nosso objetivo é desenvolver robôs sem fio. Felizmente, alcançamos o primeiro passo em direção a esse objetivo. Incorporamos todos os módulos funcionais, como a bateria e as peças de comunicação sem fio, para permitir futuras manipulações sem fio”, continua Tianlu Wang.

A equipe anexou uma unidade de flutuação na parte superior do robô e uma bateria e um microcontrolador na parte inferior. Eles então levaram sua invenção para nadar no lago do campus Max Planck Stuttgart e conseguiram conduzi-la com sucesso. Até agora, no entanto, eles não conseguiram direcionar o robô sem fio para mudar de curso e nadar para o outro lado. Conhecendo a equipe, não demorará muito para atingir esse objetivo.