Novos robôs macios rolam como pneus, giram como piões e orbitam como luas

Os pesquisadores desenvolveram um novo design de robô macio que realiza três comportamentos simultâneos: rolar para frente, girar como um disco e seguir um caminho que orbita em torno de um ponto central. O dispositivo, que opera sem controle humano ou de computador, é uma promessa para o desenvolvimento de dispositivos robóticos leves que podem ser usados ​​para navegar e mapear ambientes desconhecidos.

Os novos robôs soft são chamados de ringbots torcidos. Eles são feitos de elastômeros de cristal líquido em forma de fita que são torcidos – como um macarrão rotini – e depois unidos na extremidade para formar um laço que lembra uma pulseira. Quando os robôs são colocados em uma superfície com pelo menos 55° Celsius (131° Fahrenheit), que é mais quente que o ar ambiente, a parte da fita que toca a superfície se contrai, enquanto a parte da fita exposta ao ar não. não. Isto induz um movimento de rolamento; quanto mais quente a superfície, mais rápido o robô rola.

“A fita rola em seu eixo horizontal, dando impulso ao anel”, diz Jie Yin, autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial na Universidade Estadual da Carolina do Norte. O artigo, “Topologia de anel torcido defeituosa para robô macio periódico autônomo flip-spin-órbita”, foi publicado em Anais da Academia Nacional de Ciências.

O ringbot torcido também gira ao longo de seu eixo central, como um disco em uma plataforma giratória. E à medida que o ringbot torcido avança, ele viaja em um caminho orbital em torno de um ponto central, movendo-se essencialmente em um grande círculo. No entanto, se o ringbot torcido encontrar um limite – como a parede de uma caixa – ele viajará ao longo do limite.

“Este comportamento pode ser particularmente útil para mapear ambientes desconhecidos”, diz Yin.

Os ringbots torcidos são exemplos de dispositivos cujo comportamento é governado pela inteligência física, o que significa que as suas ações são determinadas pelo seu design estrutural e pelos materiais de que são feitos, em vez de serem dirigidas por um computador ou por intervenção humana.

Os pesquisadores são capazes de ajustar o comportamento do ringbot torcido projetando a geometria do dispositivo. Por exemplo, eles podem controlar a direção em que o ringbot torcido gira girando a fita para um lado ou para o outro. A velocidade pode ser influenciada variando a largura da fita, o número de voltas na fita e assim por diante.

Em testes de prova de conceito, os pesquisadores mostraram que o ringbot torcido era capaz de seguir os contornos de vários espaços confinados.

“Independentemente de onde o ringbot torcido é introduzido nesses espaços, ele é capaz de chegar a um limite e seguir as linhas de limite para mapear os contornos do espaço – seja um quadrado, um triângulo e assim por diante”, diz Fangjie Qi, primeiro autor do artigo e Ph.D. estudante da NC State. “Também identifica lacunas ou danos na fronteira.”

“Também conseguimos mapear os limites de espaços mais complexos introduzindo dois ringbots retorcidos no espaço, com cada robô girando em uma direção diferente”, diz Qi. “Isso faz com que eles sigam caminhos diferentes ao longo da fronteira. E comparando os caminhos de ambos os ringbots torcidos, somos capazes de capturar os contornos do espaço mais complexo.”

“Em princípio, não importa quão complexo seja um espaço, você seria capaz de mapeá-lo se introduzisse um número suficiente de ringbots distorcidos para mapear a imagem inteira, cada um dando uma parte dela”, diz Yin. “E, dado que estes são relativamente baratos de produzir, isso é viável.

“A robótica suave ainda é um campo relativamente novo”, diz Yin. “Encontrar novas maneiras de controlar o movimento de robôs leves de uma forma repetível e projetada faz o campo avançar. E avançar nossa compreensão do que é possível é emocionante.”

O artigo foi coautor de Yanbin Li e Yao Zhao, pesquisadores de pós-doutorado na NC State; Yaoye Hong, um recente Ph.D. graduado pela NC State; e Haitao Qing, Ph.D. estudante da NC State.