Tornando-se verde no campo da robótica leve

Músculos artificiais são uma tecnologia em progresso que pode um dia permitir que os robôs funcionem como organismos vivos. Esses músculos abrem novas possibilidades de como os robôs podem moldar o mundo ao nosso redor; desde dispositivos vestíveis assistivos que podem redefinir nossas habilidades físicas na velhice, até robôs de resgate que podem navegar pelos escombros em busca dos desaparecidos. Mas só porque os músculos artificiais podem ter um forte impacto social durante o uso, não significa que eles tenham que deixar um forte impacto ambiental após o uso.

O tema da sustentabilidade na robótica leve foi agora abordado por uma equipe internacional de pesquisadores do Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS) em Stuttgart (Alemanha), da Johannes Kepler University (JKU) em Linz (Áustria) , e a Universidade do Colorado (CU Boulder), Boulder (EUA).

Os cientistas colaboraram para projetar um músculo artificial totalmente biodegradável e de alto desempenho – baseado em gelatina, óleo e bioplásticos. Eles mostram o potencial dessa tecnologia biodegradável usando-a para animar uma garra robótica, que pode ser especialmente útil em implantações de uso único, como coleta de lixo (assista ao vídeo do Youtube, veja o link abaixo). No final da vida, esses músculos artificiais podem ser descartados em lixeiras municipais; sob condições monitoradas, eles se biodegradam totalmente em seis meses.

“Vemos uma necessidade urgente de materiais sustentáveis ​​no campo acelerado da robótica leve. Peças biodegradáveis ​​podem oferecer uma solução sustentável especialmente para aplicações de uso único, como operações médicas, missões de busca e resgate e manipulação de substâncias perigosas. Em vez disso, de se acumular em aterros no final da vida útil do produto, os robôs do futuro podem se tornar adubo para o crescimento futuro das plantas”, diz Ellen Rumley, cientista visitante da CU Boulder que trabalha no Departamento de Materiais Robóticos do MPI-IS.

Rumley é o primeiro autor do artigo “Atuadores eletrohidráulicos biodegradáveis ​​para robôs macios sustentáveis”, que será publicado em Avanços da ciência.

Especificamente, a equipe de pesquisadores construiu um músculo artificial eletricamente acionado chamado HASEL. Em essência, os HASELs são bolsas plásticas cheias de óleo que são parcialmente cobertas por um par de condutores elétricos chamados eletrodos. A aplicação de uma alta voltagem através do par de eletrodos faz com que cargas opostas se acumulem neles, gerando uma força entre eles que empurra o óleo para uma região livre de eletrodos da bolsa. Essa migração de óleo faz com que a bolsa se contraia, como um músculo real.

O principal requisito para que os HASELs se deformem é que os materiais que compõem a bolsa de plástico e o óleo sejam isolantes elétricos, que possam sustentar as altas tensões elétricas geradas pelos eletrodos carregados.

Um dos desafios desse projeto foi desenvolver um eletrodo condutor, macio e totalmente biodegradável. Pesquisadores da Universidade Johannes Kepler criaram uma receita baseada em uma mistura de gelatina de biopolímero e sais que podem ser lançados diretamente em atuadores HASEL.

“Era importante para nós fazer eletrodos adequados para essas aplicações de alto desempenho, mas com componentes prontamente disponíveis e uma estratégia de fabricação acessível. Como nossa formulação apresentada pode ser facilmente integrada em vários tipos de sistemas acionados eletricamente, ela serve como um bloco de construção para futuras aplicações biodegradáveis”, afirma David Preninger, co-primeiro autor deste projeto e cientista da Soft Matter Physics Division da JKU.

O próximo passo foi encontrar plásticos biodegradáveis ​​adequados. Os engenheiros desse tipo de material estão preocupados principalmente com propriedades como taxa de degradação ou resistência mecânica, não com isolamento elétrico; um requisito para HASELs que operam em alguns milhares de Volts.

No entanto, alguns bioplásticos mostraram boa compatibilidade de material com eletrodos de gelatina e isolamento elétrico suficiente. Os HASELs feitos de uma combinação específica de materiais foram capazes de suportar até 100.000 ciclos de atuação em vários milhares de Volts sem sinais de falha elétrica ou perda de desempenho. Esses músculos artificiais biodegradáveis ​​são eletromecanicamente competitivos com suas contrapartes não biodegradáveis; um resultado empolgante para promover a sustentabilidade na tecnologia muscular artificial.

“Ao mostrar o excelente desempenho deste novo sistema de materiais, estamos incentivando a comunidade de robótica a considerar os materiais biodegradáveis ​​como uma opção de material viável para a construção de robôs”, continua Ellen Rumley. “O fato de termos alcançado resultados tão bons com bioplásticos também motiva outros cientistas de materiais a criar novos materiais com desempenho elétrico otimizado em mente.”

Com a tecnologia verde cada vez mais presente, o projeto de pesquisa da equipe é um passo importante para uma mudança de paradigma na robótica leve. Usar materiais biodegradáveis ​​para construir músculos artificiais é apenas um passo para abrir um futuro para a tecnologia robótica sustentável.