Equipe de pesquisa desenvolve metamaterial para permitir controle de forma e propriedade em tempo real

Inspirado pela notável adaptabilidade observada em organismos biológicos como o polvo, foi alcançado um avanço no campo da robótica suave. Uma equipe de pesquisa, liderada pelo professor Jiyun Kim do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da UNIST, desenvolveu com sucesso um material multifuncional codificável que pode ajustar dinamicamente sua forma e propriedades mecânicas em tempo real.

Este metamaterial supera as limitações dos materiais existentes, abrindo novas possibilidades para aplicações em robótica e outras áreas que requerem adaptabilidade. A pesquisa está publicada na revista Materiais avançados.

Os robôs leves atuais carecem do nível de adaptabilidade demonstrado por seus equivalentes biológicos, principalmente devido à capacidade limitada de ajuste em tempo real e ao espaço reprogramável restrito de propriedades e funcionalidades. Para preencher essa lacuna, a equipe de pesquisa introduziu uma nova abordagem utilizando padrões gráficos de rigidez.

Ao alternar independentemente os estados de rigidez binária digital (suave ou rígida) de unidades constituintes individuais dentro de uma estrutura auxética simples com vazios elípticos, o material atinge ajuste in situ e gradativo em várias qualidades mecânicas.

O material programável digitalmente exibe capacidades mecânicas notáveis, incluindo mudança de forma e memória, resposta tensão-deformação e relação de Poisson sob carga compressiva. Além disso, demonstra funcionalidades orientadas para a aplicação, como absorção de energia ajustável e reutilizável e fornecimento de pressão. Este material inovador serve como um trampolim para o desenvolvimento de robôs flexíveis totalmente adaptáveis ​​e máquinas interativas inteligentes.

“Desenvolvemos um metamaterial que pode implementar as características desejadas em minutos, sem a necessidade de hardware adicional”, afirmou Jun Kyu Choe, pesquisador do Seok and Park Integration Course e primeiro autor do estudo. “Isso abre novas possibilidades para materiais adaptativos avançados e para o desenvolvimento futuro de robôs adaptativos.”

A equipe de pesquisa demonstrou o potencial do material ao demonstrar um “material adaptativo de absorção de energia de choque”, que ajusta suas propriedades em resposta a impactos inesperados. Ao minimizar a força transmitida ao objeto protegido, este material reduz significativamente o risco de danos ou ferimentos.

Além disso, a equipe utilizou o metamaterial como um “material de transmissão de força”, capaz de aplicar forças em locais e horários desejados. Ao inserir comandos digitais específicos, o material opera seletivamente interruptores de LED adjacentes, permitindo controle preciso sobre os caminhos de transmissão de força.

O professor Kim enfatizou a compatibilidade deste metamaterial com tecnologias de inteligência artificial, como aprendizagem profunda, bem como com tecnologias e dispositivos digitais existentes. “Este metamaterial, capaz de converter informação digital em informação física em tempo real, abrirá caminho para novos materiais inovadores que possam aprender e se adaptar ao seu entorno”, acrescentou o professor Kim.