Novo polímero ferroelétrico promete dar músculos humanos a robôs

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/07/2023

Atuação do polímero ferroelétrico acionado por aquecimento Joule.
[Imagem: Qing Wang]

Imitação do músculo humano

Um novo tipo de polímero ferroelétrico mostrou-se excepcionalmente eficiente na conversão de energia elétrica em tensão mecânica, criando um novo tipo de músculo artificial.

Ele deverá ser útil como um controlador de movimento de alto desempenho ou como um atuador para aplicações em dispositivos médicos, robótica avançada e sistemas de posicionamento de precisão.

O modo como um material muda de forma quando a força é aplicada a ele é uma propriedade importante para um atuador, por exemplo, convertendo eletricidade em movimento. Tradicionalmente, contudo, esses materiais de atuadores são rígidos, enquanto atuadores macios podem dar flexibilidade e adaptabilidade aos dispositivos.

"Potencialmente, agora podemos ter um tipo de robótica leve que chamamos de músculo artificial," disse Qing Wang, da Universidade do Estado da Pensilvânia, nos EUA. "Isso nos permitirá ter matéria macia que possa suportar uma carga alta, além de uma grande tensão. Então, esse material seria mais uma imitação do músculo humano, um que é próximo ao músculo humano."

A expectativa é que esses polímeros ferroelétricos superem várias das limitações dos polímeros piezoelétricos tradicionais, usados hoje em uma infinidade de aplicações.

Apenas como exemplo, uma aplicação típica de um atuador ferroelétrico seria em uma impressora a jato de tinta, onde uma carga elétrica altera a forma do atuador para controlar com precisão os minúsculos bicos que depositam tinta no papel para formar texto e imagens.

Polímero ferroelétrico

Os ferroelétricos são uma classe de materiais que apresentam uma polarização elétrica espontânea quando são ligados a uma carga elétrica externa, que gera cargas positivas e negativas que se dirigem para pólos diferentes. A tensão nesses materiais durante a transição de fase - neste caso a conversão de energia elétrica em energia mecânica - pode alterar completamente propriedades como sua forma, tornando-os úteis para realizar algum trabalho.

A maioria dos materiais ferroelétricos são cerâmicos, mas eles também podem ser polímeros. Uma vantagem dos polímeros ferroelétricos é que eles apresentam uma quantidade enorme de tensão induzida por campo elétrico necessária para a atuação. Essa tensão é muito maior do que a gerada pelos materiais ferroelétricos cerâmicos.

O material sintetizado pela equipe vence dois obstáculos importantes na área, aumentando a força do atuador, que costuma ser mais fraca nos ferroelétricos poliméricos do que nos cerâmicos, e permitindo uma transição de fase ferroelétrica induzida por campos elétricos muito mais baixos do que materiais similares.

"Normalmente, essa tensão e força em materiais ferroelétricos estão correlacionadas entre si, em uma relação inversa," explicou Wang. "Agora podemos integrá-los em um único material, e nós desenvolvemos uma nova abordagem para acioná-lo usando o aquecimento Joule. Como o campo de acionamento será muito menor, menos de 10%, é por isso que esse novo material pode ser usado para muitas aplicações que exigem um campo de acionamento baixo para serem eficazes, como dispositivos médicos, dispositivos ópticos e robótica leve."

Mais tópicos