Um novo robô de minhoca bioinspirado para futuras explorações subterrâneas

Pesquisadores do Istituto Italiano di Tecnologia (IIT-Italian Institute of Technology) em Gênova criaram um novo robô macio inspirado na biologia das minhocas, que é capaz de rastejar graças a atuadores macios que se alongam ou espremem quando o ar passa por eles ou é desenhado.

O protótipo foi descrito em Relatórios Científicose é o ponto de partida para o desenvolvimento de dispositivos de exploração subterrânea, mas também para operações de busca e salvamento em espaços confinados e exploração de outros planetas.

A natureza oferece muitos exemplos de animais, como cobras, minhocas, caracóis e lagartas, que usam tanto a flexibilidade de seus corpos quanto a capacidade de gerar ondas físicas viajando ao longo do corpo para se mover e explorar diferentes ambientes. Alguns de seus movimentos também são semelhantes às raízes das plantas.

Inspirar-se na natureza e, ao mesmo tempo, desvendar novos fenómenos biológicos e desenvolver novas tecnologias é o principal objetivo do laboratório de robótica BioInspired Soft coordenado por Barbara Mazzolai, sendo este robô com forma de minhoca a mais recente invenção do seu grupo.

A criação do robô semelhante a uma minhoca foi possível por meio de uma compreensão e aplicação completas da mecânica de locomoção das minhocas. Eles usam contrações alternadas das camadas musculares para se impulsionarem abaixo e acima da superfície do solo, gerando ondas peristálticas retrógradas. Os segmentos individuais de seu corpo (metâmeros) possuem uma quantidade específica de fluido que controla a pressão interna para exercer forças e realizar padrões de movimento independentes, localizados e variáveis.

Os pesquisadores do IIT estudaram a morfologia das minhocas e encontraram uma maneira de imitar seus movimentos musculares, suas câmaras celômicas de volume constante e a função de seus pelos semelhantes a cerdas (cerdas), criando soluções robóticas suaves.

A equipe desenvolveu um atuador peristáltico macio (PSA) que implementa os movimentos musculares antagônicos das minhocas; de uma posição neutra, ele se alonga quando o ar é bombeado para ele e se comprime quando o ar é extraído dele. Todo o corpo da minhoca robótica é formado por cinco módulos PSA em série, conectados por interligações. O protótipo atual tem 45 cm de comprimento e pesa 605 gramas.

Cada atuador tem uma pele elastomérica que encapsula uma quantidade conhecida de fluido, imitando assim o volume constante do fluido celômico interno nas minhocas. O segmento da minhoca torna-se mais curto longitudinalmente e mais largo circunferencialmente e exerce forças radiais à medida que os músculos longitudinais de uma câmara individual de volume constante se contraem. Antagonicamente, o segmento torna-se mais longo ao longo do eixo ântero-posterior e mais fino circunferencialmente com a contração dos músculos circunferenciais, resultando em forças de penetração ao longo do eixo.

Cada atuador demonstra um alongamento máximo de 10,97 mm a 1 bar de pressão positiva e uma compressão máxima de 11,13 mm a 0,5 bar de pressão negativa, único em sua capacidade de gerar forças longitudinais e radiais em um único módulo de atuador.

Para impulsionar o robô em uma superfície plana, pequenas almofadas de fricção passiva inspiradas nas cerdas de minhocas foram fixadas na superfície ventral do robô. O robô demonstrou locomoção aprimorada com uma velocidade de 1,35 mm/s.

Este estudo não apenas propõe um novo método para desenvolver um robô peristáltico semelhante a uma minhoca, mas também fornece uma compreensão mais profunda da locomoção de uma perspectiva bioinspirada em diferentes ambientes. As aplicações potenciais para esta tecnologia são vastas, incluindo operações de exploração subterrânea, escavação, busca e salvamento em ambientes subterrâneos e a exploração de outros planetas.

Este robô macio de escavação bioinspirado é um passo significativo no campo da robótica leve e abre as portas para novos avanços no futuro.