Equipe de pesquisadores desenvolve tecnologia de válvula suave para permitir integração de detecção e controle em robôs leves

Os robôs infláveis ​​macios surgiram como um paradigma promissor para aplicações que exigem segurança e adaptabilidade inerentes. No entanto, a integração de sistemas de detecção e controle nesses robôs apresentou desafios significativos sem comprometer sua suavidade, formato ou capacidades.

Para resolver esse obstáculo, uma equipe de pesquisa liderada conjuntamente pelo Professor Jiyun Kim (Departamento de Nova Engenharia de Materiais, UNIST) e pelo Professor Jonbum Bae (Departamento de Engenharia Mecânica, UNIST) desenvolveu uma tecnologia inovadora de “válvula suave” – ​​uma solução completa que integra sensores e válvulas de controle, mantendo total suavidade.

Tradicionalmente, os corpos moles dos robôs coexistiam com componentes eletrônicos rígidos para fins de percepção. O estudo conduzido por esta equipe de pesquisa apresenta uma nova abordagem para superar essa limitação, criando análogos suaves de sensores e válvulas de controle que operam sem eletricidade. A peça em forma de tubo resultante tem duas funções: detectar estímulos externos e controlar com precisão o movimento de acionamento usando apenas a pressão do ar.

Ao eliminar a necessidade de componentes dependentes de eletricidade, essas válvulas totalmente flexíveis permitem uma operação segura debaixo d’água ou em ambientes onde faíscas podem representar riscos, ao mesmo tempo que reduzem a carga de peso nos sistemas robóticos. Além disso, cada componente é barato, custando aproximadamente 800 Won.

“Os robôs macios anteriores tinham corpos flexíveis, mas dependiam de peças eletrônicas rígidas para sensores de detecção de estímulos e unidades de controle de acionamento”, explicou o professor Kim. “Nosso estudo se concentra na fabricação de sensores e peças de controle de acionamento usando materiais macios.”

A equipe de pesquisa apresentou várias aplicações utilizando esta tecnologia inovadora. Eles criaram pinças universais capazes de pegar delicadamente itens frágeis, como batatas fritas, evitando quebras causadas pela força excessiva exercida pelas mãos robóticas rígidas convencionais.

Além disso, eles empregaram com sucesso esses componentes totalmente macios para desenvolver robôs vestíveis com assistência de cotovelo, projetados para reduzir a carga muscular causada por tarefas repetitivas ou atividades extenuantes que envolvem movimentos do braço. O suporte de cotovelo ajusta-se automaticamente de acordo com o ângulo em que o braço do indivíduo é dobrado – um avanço que contribui para uma redução média de 63% na força exercida no cotovelo ao usar o robô.

A válvula suave opera utilizando o fluxo de ar dentro de uma estrutura em forma de tubo. Quando a tensão é aplicada a uma extremidade do tubo, um fio enrolado helicoidalmente o comprime, controlando a entrada e a saída de ar. Este movimento semelhante a um acordeão permite movimentos precisos e flexíveis sem depender de energia elétrica.

Além disso, a equipe de pesquisa confirmou que, ao programar diferentes estruturas ou números de fios dentro do tubo, eles poderiam controlar com precisão as variações do fluxo de ar. Essa capacidade de programação permite ajustes personalizados para atender a situações e requisitos específicos, proporcionando flexibilidade na resposta da unidade de acionamento, mesmo com forças externas consistentes aplicadas na extremidade do tubo.

“Esses componentes recentemente desenvolvidos podem ser facilmente empregados usando apenas programação de materiais, eliminando dispositivos eletrônicos”, expressou o professor Bae entusiasmado com este desenvolvimento. “Esta inovação contribuirá significativamente para avanços em vários sistemas vestíveis”.

Esta tecnologia inovadora de válvulas suaves marca um passo significativo em direção a robôs totalmente suaves e livres de eletrônicos, capazes de operação autônoma – um marco crucial para aumentar a segurança e a adaptabilidade em vários setores.

Os resultados do estudo foram publicados em Comunicações da Natureza