Robôs atléticos de salto em distância em escala de insetos chegam onde outros não conseguem

Uma equipe de engenheiros da Universidade de Illinois publicou o primeiro estudo conhecido que documenta o movimento de salto em distância de robôs em escala de insetos impressos em 3D.

O novo estudo, publicado na revista Materiais e Estruturas Inteligentes, segue uma publicação anterior que documentou a investigação do mesmo laboratório sobre saltos verticais em robôs em escala de insetos. O estudo é liderado pelo professor Sameh Tawfick, professor associado e bolsista Ralph A. Andersen do Departamento de Ciência Mecânica e Engenharia. Seu laboratório, o Kinetic Materials Research Group, estuda o desenvolvimento de músculos artificiais como parte de seu foco na fabricação de materiais bioinspirados.

“Que eu saiba, esta é a primeira vez que alguém demonstra saltos longos em robôs em escala de insetos”, disse Tawfick sobre a realização de seu laboratório. “Isto é significativo porque dá ao robô mobilidade planeada, onde agora pode saltar de A para B, atravessando terrenos mais acidentados do que o seu próprio tamanho.”

O desempenho do salto em robôs em escala de insetos foi anteriormente prejudicado por processos de fabricação em pequena escala e disponibilidade limitada de materiais e atuadores em miniatura. A equipe de Tawfick usou atuadores musculares artificiais enrolados e fabricação aditiva de projeção para produzir um design de robô elastomérico monolítico inspirado no mecanismo de salto de um gafanhoto.

“Usamos um design de articulação de quatro barras para saltar, inspirado no gafanhoto, que é um excelente saltador”, disse Tawfick, explicando que embora as quatro pernas de um gafanhoto não estejam ligadas, permitindo-lhe andar e pular, o robô em seu O estudo depende de um único músculo servindo como sistema de ligação.

O protótipo em escala de inseto tem um corpo leve de elastômero e um músculo artificial feito de linha de pesca de náilon enrolada e tratada termicamente. O laboratório de Tawfick desenvolveu anteriormente máquinas para produzir essas bobinas em miniatura. Os pesquisadores projetaram e testaram 108 iterações de robôs produzidas por meio de manufatura aditiva, sendo que o menor tinha massa de 0,216 gramas e capacidade de saltar 60 vezes o tamanho do seu corpo em distância horizontal.

O desenvolvimento de um robô de salto longo em escala de inseto é significativo para aplicações agrícolas e de manutenção que se beneficiam de avaliação não destrutiva. Por exemplo, futuros robôs poderiam ser equipados com sensores para coletar dados de contato com uma cultura ou exploração dentro de uma máquina.

“Esses robôs podem alcançar locais que os drones atualmente não conseguem”, disse Tawfick sobre a capacidade prevista dos robôs de salto em distância de coletar dados de colheitas. “Eles são baratos para fabricação em massa, o que lhes dá muita utilidade para detecção como frota.”

Os próximos passos da equipe serão explorar o planejamento de movimento para que os robôs executem saltos com eficiência, maximizando a vida útil da bateria e encontrando o caminho de movimento mais eficiente. Eles também usarão uma estrutura para investigar os fatores de incerteza introduzidos pelo movimento de salto.

“Nosso sonho para o futuro é ter uma pequena missão em que o robô execute vários saltos até atingir um alvo”, disse Tawfick. “Isso nos permitiria testar sua capacidade de ir a um ponto designado, coletar imagens e retornar ao início.”

Os pesquisadores também estão entusiasmados em ver seus métodos empregados por outras pessoas na área.

“Um dos pontos fortes do nosso estudo é que outros investigadores podem usar o nosso modelo teórico para produzir algo semelhante”, disse Tawfick. “Estamos entusiasmados para que o mundo saiba que agora temos um robô que pode realizar saltos em distância.”