Robô pequeno e suave flexiona seu potencial como um salva -vidas

Um robô minúsculo, macio e flexível que pode rastejar através de escombros de terremoto para encontrar vítimas presas ou viajar dentro do corpo humano para entregar remédios pode parecer ficção científica, mas uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Penn State é pioneira em robôs adaptáveis ​​ao integrar eletrônicos flexíveis com movimento controlado magneticamente.

Robótica suave, diferentemente dos robôs rígidos tradicionais, são feitos de materiais flexíveis que imitam o movimento dos organismos vivos. Essa flexibilidade os torna ideais para navegar espaços apertados, como detritos em uma zona de desastre ou as intrincadas vias do corpo humano. No entanto, a integração de sensores e eletrônicos nesses sistemas flexíveis representou um desafio significativo, de acordo com Huanyu “Larry” Cheng, James L. Henderson, Jr. Professor Associado Memorial de Ciência e Mecânica da Penn State.

“O maior desafio realmente foi torná-lo inteligente”, disse Cheng, co-correspondente autor do estudo da equipe publicado em Nano-Micro Cartas. “Para a maioria das aplicações, a robótica suave tem sido um sistema de comunicação unidirecional, o que significa que eles dependem do controle externo para navegar por ambientes complexos. Nosso objetivo era integrar sensores inteligentes para que esses robôs pudessem interagir com o ambiente e operar com o mínimo de intervenção humana”.

Um fator principal para tornar esses robôs mais inteligentes reside na integração de eletrônicos flexíveis, o que permite seus principais recursos.

“Queríamos projetar um sistema em que robótica suave e eletrônicos flexíveis trabalhem juntos sem problemas”, disse Cheng. “Os eletrônicos tradicionais são rígidos, o que dificulta a integração. Nossa solução foi distribuir os componentes eletrônicos de uma maneira que preserva a flexibilidade do robô, mantendo um desempenho robusto”.

Cheng e sua equipe filmaram vídeos dos robôs em ação, capturando seu comportamento dinâmico enquanto eles rastejam e rolam em uma bola para se mover ao longo de um curso simples. Os robôs se movem usando materiais magnéticos duros incorporados em sua estrutura flexível, o que permite que os robôs respondam previsivelmente a um campo magnético externo.

Ao ajustar a força e a direção do campo, os pesquisadores podem controlar os movimentos dos robôs, como flexão, torção ou rastejamento, sem energia a bordo ou conexões físicas, como fios.

Um grande obstáculo no desenvolvimento dessa tecnologia foi descobrir como impedir que os eletrônicos flexíveis dificultassem o movimento do robô.

“Embora tenhamos projetado os eletrônicos para serem flexíveis, sua rigidez ainda é de centenas a milhares de vezes maior que o material robótico macio”, disse Cheng. “Para superar isso, distribuímos os eletrônicos pela estrutura, reduzindo seu impacto no movimento”.

Outro desafio foi o bloqueio de interferência elétrica indesejada, que pode atrapalhar a forma como um dispositivo ou sistema eletrônico funciona. Essa interferência vem de fontes externas, como outros sinais eletrônicos ou sem fio. Essa interferência dificulta o movimento e afetaria o desempenho do sensor.

“Os campos magnéticos são cruciais para controlar o movimento, mas também podem interromper os sinais eletrônicos”, observou Cheng. “Tivemos que projetar cuidadosamente o layout eletrônico para minimizar essas interações, garantindo que os sensores permanecessem funcionais mesmo na presença de fortes campos magnéticos”.

Com a interferência magnética minimizada, os robôs podem ser guiados remotamente usando campos eletromagnéticos ou ímãs portáteis – que limita a intervenção humana de que precisam. Além disso, os sensores integrados permitem que eles reagam autonomamente a pistas ambientais. Em busca e salvamento, por exemplo, eles são inteligentes o suficiente para navegar em detritos, detectando calor ou obstáculos. Em aplicações médicas, eles podem responder a alterações ou pressão de pH, garantindo a entrega precisa da administração de medicamentos ou a coleta precisa da amostra.

O próximo passo para a equipe de Cheng é refinar a tecnologia para tais aplicações – incluindo a criação de uma “pílula de robô”.

“Uma das aplicações em potencial mais fascinantes está em dispositivos médicos implantáveis”, disse o co-autor Suk-Won Hwang, professor associado da Escola de Pós-Graduação de Ciência e Tecnologia Convergente da Universidade da Coréia. “Estamos trabalhando para miniaturizar o sistema para torná -lo adequado para uso biomédico. Imagine um pequeno sistema robótico que possa ser engolido como uma pílula, navegar pelo trato gastrointestinal e detectar doenças ou entregar medicamentos com precisão onde são necessários”.

Essa tecnologia poderia fornecer uma alternativa menos invasiva aos procedimentos de diagnóstico tradicionais, como biópsias, coletando dados diretamente do paciente em tempo real, de acordo com os pesquisadores.

“Com sensores integrados, esses robôs podem medir os níveis de pH, detectar anormalidades e até fornecer medicação para locais precisos dentro do corpo”, explicou Cheng. “Isso significa menos cirurgias invasivas e tratamentos mais direcionados, melhorando os resultados dos pacientes”.

Cheng disse que também prevê aplicativos futuros em tratamentos vasculares.

“Se pudermos tornar esses robôs ainda menores, eles podem ser injetados em vasos sanguíneos para tratar doenças cardiovasculares ou entregar medicação diretamente às áreas afetadas”, disse Cheng. “Isso abriria novas possibilidades para tratamentos médicos não invasivos”.

Embora a equipe ainda não tenha dado a esses robôs um nome oficial, Cheng disse que está aberto a sugestões.