Um robô água-viva macia à base de poliamida acionado por uma liga com memória de forma

Nas últimas décadas, os roboticistas têm desenvolvido robôs cada vez mais sofisticados, inspirados na natureza e nos organismos vivos. Ao emular de forma realista processos biológicos e comportamentos animais, estes robôs podem muitas vezes navegar em diferentes ambientes e resolver problemas do mundo real de forma altamente eficaz.

Uma equipe de pesquisa do Instituto Indiano de Tecnologia Indore e do Instituto Indiano de Tecnologia Jodhpur desenvolveu recentemente um novo robô de inspiração biológica que se parece e se move como uma água-viva. Este robô, apresentado no Jornal Internacional de Robôs Inteligentes e Aplicaçõespoderia ser usado para monitorar remotamente a vida marinha ou realizar outras missões subaquáticas.

“Um novo robô flexível de água-viva à base de poliimida, acionado por liga com memória de forma [SMA] foi fabricado e o processo de pulso e recuperação da água-viva foi imitado”, escreveram Muralidharan, Saini e seus colegas em seu artigo. “A técnica existente de fabricação de tentáculos embutidos em fio SMA é um processo demorado e cansativo para o ser humano. A estrutura proposta é nova, econômica e fácil de fabricar, com muito menos consumo de tempo em comparação com os métodos convencionais baseados em moldes.”

Para criar seu robô, Muralidharan, Saini e seus colegas primeiro cortaram folhas de poliamida Kapton com 75 μm de espessura (ou seja, uma fita à base de poliamida) em uma estrutura simétrica que lembra o corpo de uma água-viva, com um diâmetro de 25 cm. Eles então fizeram furos nessa estrutura em posições específicas onde posteriormente inseririam os fios SMA.

Os SMAs são metais com uma propriedade interessante, nomeadamente a de regressar à sua forma original em resposta ao calor após serem deformados. Para seu robô, os pesquisadores usaram um SMA chamado nitinol, que é comumente usado para criar dispositivos, conectores de cabos e outros componentes eletrônicos.

Nitinol foi inserido nos furos previamente perfurados na estrutura em forma de água-viva e um pedaço adicional de fita de poliamida foi colado no topo do corpo do robô para fixar o fio no lugar. Os pesquisadores então usaram cordões de borracha para conectar a extremidade de cada tentáculo ao centro do corpo do robô.

“O comportamento da estrutura proposta da água-viva foi investigado com diversos diâmetros e frequências de fios SMA”, escreveram Muralidharan, Saini e seus colegas em seu artigo. “O deslocamento e a velocidade dos tentáculos da água-viva durante a imitação foram medidos. A modelagem de temperatura da estrutura incorporada do SMA e a modelagem de deflexão usando a teoria de flexão de feixe foram realizadas. Além disso, uma simulação preliminar da imitação da água-viva foi realizada no Ansys Fluent e no empuxo força foi avaliada.”

O robô inspirado nas águas-vivas criado por esta equipa de investigadores é macio, flexível e muito leve, pesando apenas 45g. Também se baseia em materiais acessíveis e de fácil obtenção e pode ser facilmente fabricado em maior escala. Nos testes iniciais, um protótipo do robô teve um desempenho notável, nadando efetivamente horizontalmente a uma velocidade de 10 mm/s e verticalmente a 0,2 mm/s.

No futuro, este novo robô poderá ser melhorado ainda mais, adaptado para aplicações específicas e comercializado. Isto poderia ajudar a resolver de forma eficiente numerosos problemas do mundo real que implicam a navegação e/ou monitorização de ambientes subaquáticos.

“Os resultados mostram que o método proposto pode ser aplicado com sucesso para imitar a locomoção das águas-vivas e estendido para aplicações subaquáticas”, escreveram os pesquisadores. “O protótipo inicial foi desenvolvido com um módulo de câmera integrado e sensor sonar para aplicação de detecção de objetos com uma estrutura de sino PDMS estanque.”

© 2023 Science X Network