18/03/2022

Físicos descobriram uma nova maneira de revestir robôs em materiais macios que permitem que eles se movam e funcionem de maneira mais proposital. A pesquisa, liderada pela Universidade de Bath, na Inglaterra, é descrita na Science Advances.

Os autores do estudo acreditam que sua modelagem inovadora em ‘matéria ativa’ pode marcar um ponto de virada no design de robôs. Com o desenvolvimento do conceito, pode ser possível determinar a forma, o movimento e o comportamento de um sólido macio não por sua elasticidade natural, mas pela atividade controlada pelo homem em sua superfície.

A superfície de um material macio comum sempre encolhe em uma esfera. Pense na forma como a água se transforma em gotículas: a formação de gotas ocorre porque a superfície de líquidos e outros materiais macios se contrai naturalmente na menor área de superfície possível – ou seja, uma esfera. Mas a matéria ativa pode ser projetada para trabalhar contra essa tendência. Um exemplo disso em ação seria uma bola de borracha envolta em uma camada de nano-robôs, onde os robôs são programados para trabalhar em uníssono para distorcer a bola em uma nova forma pré-determinada (digamos, uma estrela).

Espera-se que a matéria ativa leve a uma nova geração de máquinas cuja função virá de baixo para cima. Assim, em vez de serem governadas por um controlador central (como os braços robóticos de hoje são controlados nas fábricas), essas novas máquinas seriam feitas de muitas unidades ativas individuais que cooperam para determinar o movimento e a função da máquina. Isso é semelhante ao funcionamento de nossos próprios tecidos biológicos, como as fibras do músculo cardíaco.

Usando essa ideia, os cientistas poderiam projetar máquinas macias com braços feitos de materiais flexíveis alimentados por robôs embutidos em sua superfície. Eles também podem adaptar o tamanho e a forma das cápsulas de entrega de drogas, revestindo a superfície das nanopartículas em um material responsivo e ativo. Isso, por sua vez, pode ter um efeito dramático sobre como uma droga interage com as células do corpo.

O trabalho sobre matéria ativa desafia a suposição de que o custo energético da superfície de um líquido ou sólido macio deve sempre ser positivo, porque uma certa quantidade de energia é sempre necessária para criar uma superfície.

“A matéria ativa nos faz olhar para as regras familiares da natureza – regras como o fato de que a tensão superficial deve ser positiva – sob uma nova luz. Ver o que acontece se quebrarmos essas regras e como podemos aproveitar os resultados é um lugar empolgante para fazer pesquisas”, disse Jack Binysh, primeiro autor do estudo.

“Este estudo é uma importante prova de conceito e tem muitas implicações úteis. Por exemplo, a tecnologia futura poderia produzir robôs macios que são muito mais macios e melhores em pegar e manipular materiais delicados”, complementou Dr. Anton Souslov, coautor do estudo.

Para o estudo, os pesquisadores desenvolveram teoria e simulações que descreviam um sólido macio 3D cuja superfície experimenta tensões ativas. Eles descobriram que essas tensões ativas expandem a superfície do material, puxando o sólido embaixo junto com ele e causando uma mudança global de forma. Os pesquisadores descobriram que a forma precisa adotada pelo sólido poderia ser adaptada alterando as propriedades elásticas do material.

Na próxima fase deste trabalho – que já começou – os pesquisadores vão aplicar esse princípio geral para projetar robôs específicos, como braços macios ou materiais de self-swimming. Eles também analisarão o comportamento coletivo – por exemplo, o que acontece quando você tem muitos sólidos ativos, todos empacotados juntos.

Este trabalho foi uma colaboração entre as Universidades de Bath e Birmingham. Foi financiado pelo Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC) através do New Investigator Award no. EP/T000961/1.

*O artigo original pode ser visto aqui.

Fonte: CIMM