Atuador robótico supera capacidades do pulso humano

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/06/2024

O atuador robótico foi inspirado no pulso humano e fabricado com técnicas de origami.
[Imagem: Yan Xu et al. - 10.34133/cbsystems.0111]

Robôs sobre-humanos

A capacidade do pulso humano de girar em torno do eixo do antebraço em 2 direções é crucial para muitas atividades diárias. Mas essa rotação, limitada a uma faixa de aproximadamente -90° a +90°, restringe a capacidade do pulso de executar tarefas operacionais complexas.

Por exemplo, quando giramos a chave em uma fechadura, nosso pulso realiza um grande movimento rotacional. Quando parafusamos, o pulso precisa girar 180° várias vezes. Porém, devido ao ângulo de rotação limitado, a mão precisa soltar a chave de fenda várias vezes para completar todo o processo de trabalho.

Assim, embora se inspirem na biologia e na anatomia humana, quando os engenheiros vão projetar braços, mãos e garras robóticas, eles tentam eliminar essas limitações, criando robôs industriais mais versáteis e, via de regra, com capacidades sobre-humanas.

Foi o que fizeram Yan Xu e colegas do Instituto de Tecnologia de Pequim e da Universidade Zhejiang, ambos na China.

Dobraduras de origami acionadas pelo método híbrido magnetopneumático.
[Imagem: Yan Xu et al. - 10.34133/cbsystems.0111]

Torção bidirecional

A fim de obter uma grande taxa de rotação em um único atuador, Xu idealizou um atuador híbrido magnético-pneumático, inspirado no pulso humano, mas com uma capacidade de torção bidirecional. Para fazer esta última parte, o pesquisador se inspirou em um padrão de origami conhecido como Kresling.

Para conseguir uma flexão bidirecional, os pesquisadores redesenharam o padrão de vinco Kresling adicionando um vinco em cada paralelogramo. Os painéis planos do padrão de dobradura, aplicados em PVC (policloreto de vinila), criam uma cavidade interna hermética, acima da qual é colocado um ímã.

A torção bidirecional é alcançada por um método de atuação híbrido, que a equipe chama de atuador magnetopneumático. O atuador pode manter três estados estacionários e ainda se deformar para produzir a torção bidirecional.

Primeiro, é aplicado um campo magnético externo (a parte "magneto" do atuador) no plano do painel superior, o que resulta em um torque nesse plano. A seguir, a cavidade interna do atuador é aspirada (a parte pneumática). A ação combinada de pressão de vácuo e do torque é mantida até o atuador se dobrar completamente. Ele pode retornar à configuração inicial ou girar na direção oposta quando o campo magnético e a pressão interna são ajustados.

Para verificar as características quase-estáticas do atuador, os pesquisadores fizeram uma série de experimentos, incluindo experimentos de compressão, de atuação e experimentos de características de fadiga. O protótipo passou com louvor por todos eles.

O atuador macio poderá ser usado em múltiplas aplicações, mas sobretudo em robótica industrial.
[Imagem: Yan Xu et al. - 10.34133/cbsystems.0111]

E dá para melhorar

O design exclusivo deste atuador permite atingir um grande ângulo de rotação através do movimento de torção bidirecional usando um único módulo.

Mas é possível fazer muito mais. Usando o modelo que a equipe desenvolveu, eles já vislumbram a possibilidade de aumentar o número de lados do polígono, criando um atuador capaz de atingir ângulos de rotação ainda maiores. Segundo os cálculos, um atuador com seis lados atingirá um ângulo de rotação de 239,5° e sua taxa de rotação excederá 277°, cerca de duas vezes a maior já relatada em toda a literatura sobre robótica.

Segundo a equipe, a criação de um atuador com capacidades de movimento de torção superiores à do pulso humano tem perspectivas de aplicação promissoras em várias tarefas operacionais complexas. E o movimento de torção bidirecional aumenta ainda mais a flexibilidade e a manobrabilidade dos robôs.

Mais tópicos