Robôs versáteis em microescala podem se dobrar em formas 3D e rastejar

Pesquisadores da Universidade Cornell criaram robôs em microescala com menos de 1 milímetro de tamanho que são impressos como uma “metafolha” hexagonal 2D, mas com um choque elétrico, se transformam em formas 3D pré-programadas e rastejam.

A versatilidade do robô se deve a um design inovador baseado no kirigami, um primo do origami, no qual fatias no material permitem que ele se dobre, expanda e se locomova.

O artigo da equipe, “Robôs de metafolha microscópicos eletronicamente configuráveis”, aparece em Materiais da Natureza. Os coautores principais do artigo são os pesquisadores de pós-doutorado Qingkun Liu e Wei Wang. O projeto foi liderado por Itai Cohen, professor de física. Seu laboratório já produziu sistemas microrrobóticos que podem acionar seus membros, bombear água por cílios artificiais e andar de forma autônoma.

Em certo sentido, as origens do robô kirigami foram inspiradas por “organismos vivos que podem mudar sua forma”, disse Liu. “Mas quando as pessoas fazem um robô, uma vez fabricado, ele pode ser capaz de mover alguns membros, mas sua forma geral é geralmente estática. Então, fizemos um robô metasheet. O ‘meta’ significa metamaterial, o que significa que eles são compostos de muitos blocos de construção que trabalham juntos para dar ao material seus comportamentos mecânicos.”

O robô é um revestimento hexagonal composto por aproximadamente 100 painéis de dióxido de silício que são conectados por mais de 200 dobradiças atuantes, cada uma com cerca de 10 nanômetros de espessura. Quando ativadas eletroquimicamente por meio de fios externos, as dobradiças formam dobras de montanha e vale e agem para abrir e girar os painéis, permitindo que o robô altere sua área de cobertura e expanda e contraia localmente em até 40%. Dependendo de quais dobradiças são ativadas, o robô pode adotar várias formas e potencialmente se enrolar em outros objetos e, em seguida, desdobrar-se de volta em uma folha plana.

A equipe de Cohen já está pensando na próxima fase da tecnologia de metasheet. Eles antecipam combinar suas estruturas mecânicas flexíveis com controladores eletrônicos para criar materiais “elastrônicos” ultra-responsivos com propriedades que nunca seriam possíveis na natureza. As aplicações podem variar de micromáquinas reconfiguráveis ​​a dispositivos biomédicos miniaturizados e materiais que podem responder ao impacto quase na velocidade da luz, em vez da velocidade do som.

“Como a eletrônica em cada bloco de construção individual pode coletar energia da luz, você pode projetar um material para responder de maneiras programadas a vários estímulos. Quando estimulados, esses materiais, em vez de se deformarem, poderiam ‘fugir’ ou empurrar de volta com uma força maior do que a que experimentaram”, disse Cohen. “Achamos que esses metamateriais ativos — esses materiais elastrônicos — poderiam formar a base para um novo tipo de matéria inteligente governada por princípios físicos que transcendem o que é possível no mundo natural.”