Conheça o microrobô toroidal movido a luz que navega autonomamente em líquidos viscosos

Pesquisadores da Universidade de Tampere, na Finlândia, e da Universidade Anhui Jianzhu, na China, fizeram um avanço significativo na robótica suave. Seu estudo apresenta o primeiro microrobô toroidal movido por luz que pode se mover de forma autônoma em líquidos viscosos, como o muco. Esta inovação marca um grande avanço no desenvolvimento de microrobôs capazes de navegar em ambientes complexos, com aplicações promissoras em áreas como medicina e monitoramento ambiental.

Seu artigo, intitulado “Locomoção dirigível por luz usando modos de energia elástica zero”, foi publicado recentemente em Materiais da Natureza.

Uma espiada através de um microscópio óptico revela um universo oculto repleto de vida. A natureza desenvolveu métodos engenhosos para os microrganismos navegarem nos seus ambientes viscosos: por exemplo, as bactérias E. coli utilizam movimentos em forma de saca-rolhas, os cílios movem-se em ondas coordenadas e os flagelos dependem de uma batida semelhante a um chicote para se impulsionarem para a frente. No entanto, nadar em microescala é semelhante a um ser humano tentando nadar através do mel, devido às esmagadoras forças viscosas.

Inspirados pela natureza, cientistas especializados em tecnologias microrobóticas de ponta estão agora no caminho de uma solução. No centro da pesquisa pioneira da Universidade de Tampere está um material sintético conhecido como elastômero líquido cristalino. Este elastômero reage a estímulos como lasers. Quando aquecido, ele gira sozinho devido a um modo especial de energia elástica zero (ZEEM), causado pela interação de forças estáticas e dinâmicas.

De acordo com Zixuan Deng, investigador doutorado na Universidade de Tampere e primeiro autor do estudo, esta descoberta não só representa um salto significativo na robótica suave, mas também abre caminho para o desenvolvimento de micro-robôs capazes de navegar em ambientes complexos.

“As implicações desta pesquisa vão além da robótica, potencialmente impactando campos como medicina e monitoramento ambiental. Por exemplo, essa inovação poderia ser usada para transporte de medicamentos através de muco fisiológico e desbloqueio de vasos sanguíneos após a miniaturização do dispositivo”, diz ele.

Formato de rosca simplifica o controle de robôs nadadores

Durante décadas, os cientistas ficaram fascinados pelos desafios únicos da natação em microescala, um conceito introduzido pelo físico Edward Purcell em 1977. Ele foi o primeiro a imaginar a topologia toroidal – uma forma de donut – pelo seu potencial para melhorar a navegação de objetos microscópicos. organismos em ambientes onde as forças viscosas são dominantes e as forças inerciais são insignificantes. Isso é conhecido como regime de Stokes ou limite baixo do número de Reynolds. Embora parecesse promissor, nenhum nadador toroidal desse tipo foi demonstrado.

Agora, um avanço no design toroidal simplificou o controle de robôs nadadores, eliminando a necessidade de arquiteturas complexas. Ao usar um único feixe de luz para desencadear movimentos não recíprocos, esses robôs aproveitam o ZEEM para determinar seus movimentos de forma autônoma.

“Nossa inovação permite a natação livre tridimensional no regime de Stokes e abre novas possibilidades para explorar espaços confinados, como ambientes microfluídicos. Além disso, esses robôs toroidais podem alternar entre os modos de rolamento e autopropulsão para se adaptarem ao seu ambiente, ” acrescenta Deng.

Deng acredita que pesquisas futuras irão explorar as interações e dinâmicas coletivas de múltiplos tori, potencialmente levando a novos métodos de comunicação entre esses microrobôs inteligentes.

Culminando o desenvolvimento da robótica suave movida a luz

Este último estudo representa o culminar das descobertas de dois grandes projetos de pesquisa.

O primeiro projeto, STORM-BOTS, visa formar uma nova geração de investigadores na área da robótica suave, com foco específico em elastómeros de cristais líquidos. Como parte deste projeto, a pesquisa da dissertação de doutorado de Deng está centrada no desenvolvimento de robôs leves movidos a luz que podem se mover com eficiência tanto no ar quanto na água. Seu trabalho é co-supervisionado pelo Professor Arri Priimagi e pelo Professor Hao Zeng da Universidade de Tampere.

O segundo projeto, ONLINE, explora sistemas de atuadores suaves sem equilíbrio. Este projeto visa alcançar movimento autossustentado, permitindo novas funções robóticas, como locomoção, interação e comunicação.