A exposição ao vapor permite que o atuador suave execute diversas tarefas

Cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah (KAUST), na Arábia Saudita, desenvolveram uma pequena “máquina de garra” capaz de pegar e soltar uma bola do tamanho de uma bola de gude em resposta à exposição a vapores químicos.

As descobertas, publicadas em 12 de julho na revista Químicaapontam para uma técnica que pode permitir que atuadores suaves — as partes de uma máquina que a fazem se mover — realizem múltiplas tarefas sem a necessidade de materiais adicionais caros.

Embora os atuadores macios existentes possam ser “pôneis de um truque só” restritos a um tipo de movimento, esta nova película composta se contorce de diferentes maneiras, dependendo do vapor ao qual é exposta.

“Ele pode dobrar e esticar dependendo das interações moleculares, o que é muito sofisticado nessa faixa de tamanho”, diz a autora Niveen M. Khashab, professora de Química na KAUST.

“Esperamos que nossas descobertas sejam usadas para desenvolver sistemas robóticos avançados, capazes de movimentos precisos e adaptáveis ​​em vários ambientes”, diz ela, sugerindo que os sistemas podem ser usados ​​em dispositivos médicos, automação industrial e ferramentas usadas para medir temperatura, qualidade do ar e umidade.

Para testar a capacidade da máquina de garra de executar múltiplas tarefas, os pesquisadores primeiro a expuseram à acetona. Na presença desse vapor, o dispositivo agarrou uma bola de algodão vermelha e esticou-se para que pudesse soltá-la em uma caixa. Quando a equipe expôs a máquina ao vapor de etanol, ela agarrou a bola de algodão e a removeu da caixa.

Ao contrário dos atuadores rígidos em “robôs rígidos”, que podem ser feitos de metal ou plástico resistente, os atuadores macios são flexíveis, o que lhes permite executar uma série de tarefas que seus equivalentes rígidos não conseguem.

Como resultado, atuadores suaves têm sido a tecnologia preferida para aplicações de ponta, como agricultura de precisão, exploração de águas profundas e dispositivos vestíveis.

Mas os atuadores macios ainda são limitados: eles podem dobrar, torcer ou esticar, mas nenhum atuador pode se mover de várias maneiras, o que os impede de executar tarefas mais complexas que os levariam a uma gama ainda maior de usos.

Embora pesquisadores tenham recentemente feito experiências com projetos de atuadores para dar aos dispositivos uma maior amplitude de movimento, muitas dessas estratégias envolvem a combinação de diferentes materiais, o que os torna caros e difíceis de fabricar, além de aumentar o risco de falhas mecânicas.

Para superar esse desafio, Khashab e colegas desenvolveram uma máquina de garra feita de uma matriz polimérica contendo gaiolas moleculares com o composto orgânico ureia.

Os pesquisadores escolheram ureia para as gaiolas porque o composto pode formar múltiplas ligações de hidrogênio, permitindo que as moléculas de ureia se reconfigurem rapidamente quando expostas a diferentes moléculas em vapores. Como resultado, as propriedades do material podem ser controladas com precisão, facilitando sua personalização.

As descobertas sugerem que o material do qual a máquina é feita pode ser “efetivamente programado para realizar movimentos complexos controlando criteriosamente o tipo e a concentração do estímulo de vapor”, escrevem os autores.

“A descoberta mais notável foi o comportamento de atuação único, em que o atuador macio executou um movimento complexo envolvendo ‘curvatura, alongamento e reversão’, o que não havia sido relatado anteriormente”, diz Khashab.

Em seguida, Khashab e colegas planejam estudar a densidade de energia da máquina de garra e quão eficientemente ela converte energia para que eles possam melhorar seu desempenho, ela diz. Eles também testarão sua capacidade de produzir sinais elétricos quando o atuador macio for combinado com materiais que geram uma carga elétrica, com o objetivo final de desenvolver dispositivos eletrônicos vestíveis flexíveis, diz Khashab.