Tecelagem automática de ‘tecido muscular’ aproxima comercialização

A comercialização de robôs vestíveis do tipo vestuário deu um passo significativo com o desenvolvimento de equipamentos que podem tecer contínua e automaticamente fios de liga de liga com memória de forma ultrafinos – mais finos que um fio de cabelo humano – em “músculos de tecido” leves e flexíveis, adequados para produção em larga escala.

O Centro de Pesquisa em Robótica Avançada do Instituto Coreano de Máquinas e Materiais (KIMM), subordinado ao Conselho Nacional de Pesquisa de Ciência e Tecnologia (NST), liderado pelo pesquisador principal Cheol Hoon Park, desenvolveu um sistema de tecelagem automatizado que permite a produção em massa contínua de músculo de tecido, um atuador muscular artificial leve, mas poderoso.

O trabalho está publicado na revista Transações IEEE em Sistemas Neurais e Engenharia de Reabilitação.

O sistema recentemente desenvolvido utiliza fio de liga com memória de forma (SMA) com diâmetro de 25 μm – cerca de um quarto da espessura de um cabelo humano – processado em fio em forma de bobina, permitindo a tecelagem contínua dos músculos do tecido. Este tecido, pesando apenas 10 g, pode levantar de 10 a 15 kg, tornando-o um atuador central ideal para robôs vestíveis do tipo roupas.

O fio bobina SMA desenvolvido anteriormente pela KIMM utilizava um fio com núcleo metálico, o que resultava em baixo alongamento e dificultava a tecelagem automática.

Para superar esta limitação, a equipe de pesquisa do KIMM substituiu o núcleo metálico por fibra natural, redesenhou a estrutura e o processo de fabricação do músculo do tecido e melhorou o design da máquina de tecelagem, alcançando assim uma produção em massa estável e contínua.

Robôs vestíveis convencionais projetados para auxiliar múltiplas articulações – como cotovelo, ombro e cintura – dependiam de motores pesados ​​e barulhentos ou atuadores pneumáticos, tornando-os volumosos, caros e desconfortáveis ​​para uso a longo prazo. Como resultado, a maioria poderia fornecer apenas suporte limitado a articulações específicas.

A assistência ativa para o ombro tem sido particularmente desafiadora devido à sua complexa amplitude de movimento. Em contraste, os atuadores musculares de tecido da KIMM são leves e flexíveis, permitindo que se adaptem naturalmente e auxiliem ativamente múltiplas articulações complexas simultaneamente.

Utilizando esta tecnologia, a equipa de investigação desenvolveu o primeiro robô vestível do mundo, do tipo roupa, com peso inferior a 2 kg, que auxilia simultaneamente o cotovelo, ombro e cintura, reduzindo o esforço muscular em mais de 40% durante tarefas físicas repetitivas.

Além disso, a equipe criou um robô ultraleve para assistência aos ombros, pesando apenas 840 g, que pacientes com fraqueza muscular podem usar e transportar confortavelmente na vida diária.

Em ensaios clínicos realizados no Hospital Universitário Nacional de Seul (SNUH) em pacientes com fraqueza muscular, incluindo aqueles com distrofia muscular de Duchenne, o robô vestível de assistência aos ombros melhorou a amplitude de movimento dos ombros em mais de 57%.

Com a capacidade de produzir continuamente músculos de tecido uniformes e de alta qualidade por meio do sistema de tecelagem automatizado, a equipe de pesquisa lançou as bases para a comercialização de robôs vestíveis do tipo vestuário.

Espera-se que este avanço reduza o esforço físico dos trabalhadores, melhore a qualidade de vida dos pacientes e acelere a adoção generalizada de robôs vestíveis, aumentando assim a competitividade industrial. Em particular, espera-se que o robô de assistência ao ombro, concebido para apoiar a reabilitação e as atividades diárias de pacientes com fraqueza muscular, reduza a carga do cuidador, ao mesmo tempo que melhora a independência do paciente, a qualidade de vida, a autoestima e o bem-estar geral.

“Nosso desenvolvimento de tecnologia de produção em massa contínua de músculos de tecido – o principal componente dos robôs vestíveis do tipo vestuário – melhorará significativamente a qualidade de vida em áreas como saúde, logística e construção”, disse o Dr. Cheol Hoon Park, pesquisador principal do Centro de Pesquisa em Robótica Avançada do KIMM.

“Continuaremos a desenvolver as extensas tecnologias de robótica vestível da KIMM para acelerar a comercialização e liderar o mercado global de robótica vestível.”

Esta pesquisa ganhou o KIMM Best Research Award 2024.