Nova pesquisa revela surpresas para atuadores robóticos suaves

Os engenheiros de Cambridge que investigam a capacidade de suporte de carga de conchas cônicas, feitas de materiais macios, descobriram pontos fracos que limitam o desempenho e que podem ter implicações para a robótica suave – afetando a capacidade dos cones transformados de executar tarefas mecânicas fundamentais.

Na robótica leve, os componentes são projetados para serem deformáveis, comprimíveis e flexíveis, e muitas vezes usam elementos macios, mecanismos, máquinas e atuadores – dispositivos que convertem energia em força mecânica – como blocos de construção para realizar tarefas mecânicas. Exemplos de tais blocos de construção incluem peças de material macio que podem agarrar, puxar, empurrar, bombear, torcer, etc.

Uma nova pesquisa, liderada pela Universidade de Cambridge, calculou, pela primeira vez, a resistência das cascas cônicas de elastômero de cristal líquido (LCE). LCE é um material leve que transforma formas, adequado para uso em robótica suave.

Usando uma combinação de teoria, números e experimentos, os pesquisadores do Departamento de Engenharia de Cambridge e da Universidade do Colorado investigaram o levantamento, o carregamento e a flambagem desses filmes finos de LCE que podem levantar milhares de vezes seu próprio peso. Suas descobertas são relatadas na revista Cartas de revisão físicaacompanhado de uma sinopse em Revista Física.

Os elementos macios para uso em robótica suave são frequentemente construídos a partir de folhas finas de material macio, de modo que suas ações mecânicas podem ser baseadas na pura flexão ou estiramento do material. O primeiro é fraco; o último é forte, como exemplificado por uma folha plana de LCE que se transforma em um cone e levanta um peso enorme no processo.

Daniel Duffy, Ph.D. estudante do Departamento de Engenharia da Universidade de Cambridge e coautor do estudo, disse: “Nosso trabalho é o primeiro a calcular e compreender o quão forte é um cone de parede fina. Isso é, obviamente, importante para designers de robôs macios que podem utilizar cones de transformação de forma como atuadores poderosos.”

“No entanto, nossas descobertas expõem uma fraqueza na resistência desses cones finos, que, quando comprimidos, deformam-se predominantemente em uma camada limite externa. Isso instiga a flambagem com cargas muito menores do que o previsto anteriormente.”

Ele acrescentou: “De forma mais ampla, nosso trabalho revela alguns princípios subjacentes fundamentais que esperamos generalizar muito além dos cones. Descobrimos que bordas livres e não fixadas podem enfraquecer enormemente estruturas finas de uma maneira surpreendente, e isso pode impactar muitos mecanismos além dos cones de transformação , incluindo estruturas que não têm nada a ver com robótica suave.”