O desenvolvimento de polímeros responsivos a estímulos trouxe uma riqueza de oportunidades relacionadas a materiais para a próxima geração de robôs de corpo mole controlados sem fio e de pequena escala.
Há algum tempo, os engenheiros sabem como usar esses materiais para fazer pequenos robôs que podem andar, nadar e pular. Até agora, ninguém conseguiu fazê-los voar.
Pesquisadores do grupo Light Robots da Universidade de Tampere estão agora pesquisando como fazer um material inteligente voar. Hao Zeng, Academy Research Fellow e líder do grupo, e Jianfeng Yang, um pesquisador de doutorado, criaram um novo design para seu projeto chamado FAIRY – Flying Aero-robots baseado em Light Responsive Materials Assembly. Eles desenvolveram um robô de montagem de polímeros que voa pelo vento e é controlado pela luz.
“Superior às suas contrapartes naturais, esta semente artificial é equipada com um atuador macio. O atuador é feito de elastômero líquido cristalino responsivo à luz, que induz ações de abertura ou fechamento das cerdas após a excitação da luz visível”, explica Hao Zeng.
A fada artificial é controlada pela luz
A fada artificial desenvolvida por Zeng e Yang possui diversas características biomiméticas. Devido à sua alta porosidade (0,95) e estrutura leve (1,2 mg), pode flutuar facilmente no ar direcionado pelo vento. Além disso, uma geração estável de anéis de vórtice separados permite viagens de longa distância assistidas pelo vento.
“A fada pode ser alimentada e controlada por uma fonte de luz, como um feixe de laser ou LED”, diz Zeng.
Isso significa que a luz pode ser usada para mudar a forma da minúscula estrutura semelhante a uma semente de dente-de-leão. A fada pode se adaptar manualmente à direção e força do vento, mudando sua forma. Um feixe de luz também pode ser usado para controlar as ações de decolagem e pouso deste conjunto de polímero.
O polímero responsivo permite a criação de estruturas artificiais que operam de forma autônoma. No tempo escuro e calmo, a fada fica parada. Quando há luz suficiente, a estrutura se abre automaticamente permitindo voar no fluxo do vento.
Potenciais oportunidades de aplicação na agricultura
Em seguida, os pesquisadores se concentrarão em melhorar a sensibilidade do material para permitir a operação do dispositivo à luz do sol. Além disso, eles ampliarão a estrutura para que ela possa transportar dispositivos microeletrônicos, como GPS e sensores, bem como compostos bioquímicos.
Segundo Zeng, há potencial para aplicações ainda mais significativas.
“Parece ficção científica, mas os experimentos de prova de conceito incluídos em nossa pesquisa mostram que o robô que desenvolvemos dá um passo importante em direção a aplicações realistas adequadas à polinização artificial”, revela.
No futuro, milhões de sementes artificiais de dente-de-leão transportando pólen poderiam ser dispersas livremente por ventos naturais e então guiadas pela luz em direção a áreas específicas com árvores aguardando polinização.
“Isso teria um enorme impacto na agricultura global, já que a perda de polinizadores devido ao aquecimento global se tornou uma séria ameaça à biodiversidade e à produção de alimentos”, diz Zeng.
Muitas perguntas ainda precisam ser respondidas
No entanto, muitos problemas precisam ser resolvidos primeiro. Por exemplo, como controlar o ponto de pouso de forma precisa? Como reaproveitar os aparelhos e torná-los biodegradáveis? Essas questões exigem uma estreita colaboração com cientistas de materiais e pessoas que trabalham com microrobótica.
O projeto FAIRY começou em setembro de 2021 e durará até agosto de 2026. É financiado pela Academia da Finlândia. O robô voador é pesquisado em cooperação com o Dr. Wenqi Hu do Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes (Alemanha) e o Dr. Hang Zhang da Universidade de Aalto.
O artigo Conjunto de polímeros dispersos pelo vento inspirados no dente-de-leão controlado pela luz por Jianfeng Yang, Hang Zhang, Alex Berdin, Wenqi Hu e Hao Zeng foi publicado na Advanced Science em 27 de dezembro de 2022.
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