Músculos artificiais estáveis e eficientes construídos com combinações de materiais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/11/2023

Músculos artificiais e atuadores construídos pela equipe usando materiais comuns.
[Imagem: Scuola Superiore Sant'Anna Pisa]

Músculos artificiais multimateriais

Os atuadores, que convertem energia elétrica em movimento ou força, desempenham um papel fundamental na vida diária, embora muitas vezes passem despercebidos - pense nos motores elétricos, por exemplo.

Já os atuadores baseados em materiais macios, também conhecidos como músculos artificiais, ganharam atenção nos últimos anos devido à sua leveza, operação silenciosa e biodegradabilidade, com múltiplas demonstrações em robótica. O inconveniente é que eles dependem de ligas ou compostos que são difíceis de produzir e nem sempre alcançam o desempenho esperado de um mecanismo prático.

Uma abordagem mais direta para a criação de atuadores macios, evitando o demorado e incerto processo de desenvolvimento de novos materiais, envolve o emprego de estruturas multimateriais, como "bolsas" feitas de filmes plásticos flexíveis preenchidas com óleos e revestidas com plásticos eletricamente condutores. Quando submetido à ativação elétrica, o filme desloca o fluido e contrai a bolsa, de modo semelhante a um músculo biológico. Sistemas assim são ótimos para construir não apenas músculos artificiais para robôs, mas também superfícies táteis ou dispositivos de óptica ajustável.

Agora, Ion-Dan Sirbu e colegas das universidades de Pisa e Trento, na Itália, colocaram essa abordagem mais próxima do uso prático ao obter uma ativação elétrica constante que gera contrações musculares capazes de sustentar uma força constante por longos períodos.

"O que é interessante é que não só tornamos esta tecnologia mais funcional, mas o nosso estudo permitiu a identificação de combinações de materiais que trazem reduções de até mil vezes no consumo de energia," disse professor Martin Kaltenbrunner, coordenador da equipe.

O princípio tem aplicações em diversas áreas além da robótica.
[Imagem: Ion-Dan Sirbu et al. - 10.1038/s41928-023-01057-0]

Atuadores macios e flexíveis

Utilizando as combinações de vários materiais, incluindo alguns biodegradáveis, a equipe desenvolveu e testou vários tipos de músculos artificiais, dispositivos de óptica de gradiente variável e telas táteis.

Com base nesses experimentos, eles então construíram um modelo teórico que permite checar diversos materiais e suas combinações sem precisar testar cada conjunto.

"A beleza do nosso modelo é a sua simplicidade, e ele não se limita aos atuadores existentes. Acreditamos que os nossos resultados fornecerão à comunidade científica uma ferramenta simples, mas poderosa, para projetar e investigar novos sistemas," disse David Preninger, membro da equipe.

"A compreensão dos mecanismos fundamentais subjacentes aos atuadores macios, conforme estabelecido por este estudo, tem o potencial para dar um salto significativo no campo dos dispositivos assistivos, máquinas automáticas e robôs móveis para exploração terrestre, marítima e espacial. Todos esses setores estão em busca de soluções de baixo custo e alto desempenho, que também sejam capazes de garantir baixo consumo e baixo impacto ambiental para a sustentabilidade," completou o professor Marco Fontana.

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