Atuador inspirado em folhas promete revolucionar robótica flexível

Com informações da PhysOrg - 31/07/2019

A imitação da complexa arquitetura de uma folha foi feita com apenas três materiais dispostos em camadas.
[Imagem: Guofa Cai et al. - 10.1126/sciadv.aaw7956]

Imitando as folhas

Durante a fotossíntese, as folhas das plantas, com suas arquiteturas elaboradas e componentes funcionais, coletam e convertem a energia solar em combustíveis químicos.

Essa produção de energia biológica tem servido de inspiração para a criação de inúmeros sistemas bioinspirados, ou biomiméticos, capazes de funcionar de modo autônomo - incluindo o movimento acionado por luz.

Guofo Cai, da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura, desenvolveu agora um atuador que traz esse paradigma biomimético para um nível sem precedentes.

Ele criou um dispositivo que imita a arquitetura sofisticada de uma folha e apresenta capacidades de coleta e conversão de energia de forma semelhante à fotossíntese.

O atuador apresenta várias características que têm sido perseguidas por inúmeros projetos, incluindo a capacidade de respostas múltiplas, baixa potência, velocidade de atuação rápida, grande capacidade de deformação, estabilidade funcional e adaptabilidade - um conjunto de propriedades perfeitamente ajustada para as exigências dos sistemas inteligentes baseados na robótica flexível, por exemplo.

A equipe não economizou nas demonstrações, expondo uma variedade de usos possíveis da técnica.
[Imagem: Guofa Cai et al. - 10.1126/sciadv.aaw7956]

Atuador biomimético

O atuador biomimético foi construído com duas camadas, a primeira sendo um compósito de MXeno (Ti3C2Tx) e celulose, e a segunda o conhecido policarbonato.

O MXeno pertence a uma família de carbonetos metálicos bidimensionais (2-D) líquido-cristalinos com excelente condutividade elétrica, condutividade térmica e capacidade de conversão fototérmica.

Inspirando-se na arquitetura biológica e no mecanismo fotossintético de uma folha natural, Cai projetou um atuador macio assimétrico usando nanofolhas de MXeno 2-D para coletar energia elétrica ou energia solar e transformá-la em energia térmica. Para isso, ele usou nanofibras de celulose biocompatíveis para formar um sistema vascular semelhante ao das folhas ao lado de filtros de policarbonato, para formar os estômatos e a epiderme para inserção e extração de água dos compósitos de MXeno-celulose.

O atuador começa com uma forma plana e lisa sob condições ambientais, curvando-se em resposta ao aumento ou diminuição da umidade no ambiente, com excelente desempenho e ângulos de flexão controláveis para diferentes níveis de umidade.

Além do movimento, o sistema biomimético permite um uso flexível da energia térmica gerada, podendo compor píxeis que brilham no infravermelho, controlar o calor sob demanda e até servir como base para sistemas de criptografia.

"Nós acreditamos que esses sistemas macios, flexíveis e adaptáveis poderão ser atrativos para uma variedade de tecnologias revolucionárias, como a construção de robôs flexíveis, interruptores inteligentes, para criptografia de informações, controle dinâmico do calor, camuflagem e regulação de temperatura, assim como para interfaces homem-máquina baseadas na háptica," escreveu a equipe.

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