Atuadores FiBa macios transformadores abrem caminho para a futura robótica suave

Pesquisadores fizeram avanços inovadores no campo da robótica suave ao desenvolver robôs suaves de balão de filme (FiBa). Esses robôs inovadores, projetados por uma equipe liderada pelo Dr. Terry Ching e pelo autor correspondente Professor Michinao Hashimoto, introduzem uma nova abordagem de fabricação que permite uma operação leve e sem amarras com capacidades avançadas de locomoção biomimética.

A pesquisa foi publicada na revista Ciência Robótica. A equipe de pesquisa é da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD), da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) e da Universidade de Tecnologia de Queensland (QUT).

A principal inovação para esses robôs envolve o desenvolvimento de módulos FiBa, que combinam filmes finos de polímero curvados transversalmente com balões pneumáticos impressos em três dimensões. Essa combinação reduz significativamente o peso dos atuadores macios, permitindo operações sem amarras. Os módulos FiBa servem como blocos de construção essenciais para a criação de robôs macios que podem imitar uma ampla gama de movimentos naturais.

Os robôs macios montados usando os módulos FiBa podem replicar vários movimentos naturais, incluindo rastejar inspirado em tartarugas, escalar inspirado em minhocas, empoleirar-se inspirado em morcegos e voar inspirado em joaninhas. Esses modos de locomoção demonstram a versatilidade e o potencial dos módulos FiBa em inúmeras aplicações, mostrando sua capacidade de operar em ambientes diversos e desafiadores.

O desenvolvimento de módulos FiBa aborda um dos maiores desafios no campo da robótica suave: desamarrar robôs de fontes de energia elétricas ou pneumáticas. Ao reduzir significativamente o peso dos atuadores suaves, os pesquisadores permitiram a integração de componentes essenciais, como bombas, válvulas, baterias e placas de controle, abrindo caminho para robôs suaves totalmente autônomos. Esse avanço aprimora as capacidades operacionais e as aplicações potenciais dos robôs suaves.

A capacidade dos robôs macios da FiBa de imitar estratégias naturais de locomoção demonstra sua versatilidade excepcional. Essas capacidades podem potencialmente permitir que os robôs operem em ambientes diversos e desafiadores, antes inacessíveis a robôs rígidos tradicionais, como zonas de desastre, terrenos irregulares e cenários biológicos delicados.

O design leve dos módulos FiBa aumenta a eficiência energética e os períodos operacionais, o que é vantajoso para exploração espacial e operações de busca e salvamento. Sua adaptabilidade e personalização os tornam adequados para várias indústrias, incluindo manufatura, assistência médica e agricultura.

O Dr. Ching, que concluiu este trabalho durante seu doutorado conjunto na SUTD e na NUS, inspirou-se na curvatura transversal de uma fita de carpinteiro.

Ele explicou: “Quando eu estava pensando em criar atuadores leves, a ideia me ocorreu ao usar uma fita de carpinteiro. Sua capacidade de retornar à posição original, graças à curvatura transversal, me deu a inspiração para os módulos FiBa. Nossos módulos FiBa oferecem uma nova ferramenta para projetar e personalizar robôs leves, sem amarras, com funcionalidades avançadas. Essa inovação tem o potencial de transformar a maneira como abordamos o design robótico, particularmente para aplicações em ambientes desafiadores onde robôs rígidos tradicionais ficam aquém.”

Uma aplicação particularmente inovadora é o desenvolvimento de robôs aéreos com a capacidade de desdobrar suas asas autonomamente, inspirados pela mecânica de voo das joaninhas. Essa inovação permite transporte compacto e implantação em espaços confinados, seguidos pelo desdobramento autônomo das asas para voo.

O professor Foong Shaohui, chefe do Laboratório de Pesquisa de Inovação Aérea (AIR) da SUTD, acrescentou: “A capacidade de desdobrar as asas autonomamente no ar é um avanço significativo na robótica aérea. Essa capacidade aumenta a flexibilidade operacional dos robôs aéreos e abre novas possibilidades de implantação em ambientes desafiadores, como zonas de desastre e locais remotos.”

O Prof. Hashimoto, autor correspondente, concluiu: “Esta pesquisa é uma prova do poder da colaboração interdisciplinar. Ao alavancar os pontos fortes únicos dos membros da nossa equipe e instituições, desenvolvemos uma solução que aborda um desafio crítico na robótica suave. Os módulos FiBa fornecem uma plataforma versátil e escalável para criar robôs suaves que podem executar uma variedade de tarefas em diferentes ambientes.”

Esta pesquisa envolveu esforços colaborativos com expertise de vários laboratórios, incluindo o SUTD Soft Fluidics Laboratory liderado pelo Prof Hashimoto, o SUTD Aerial Innovation Research AIR Laboratory liderado pelo Prof Foong e o QUT MicroTE Laboratory liderado pelo Professor Toh Yi-Chin. Esta colaboração interdisciplinar aproveita expertise de vários campos para abordar os desafios complexos da robótica suave.