Pequenos robôs viram células de materiais inteligentes que imitam a vida

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/03/2025

Visualização artística de um coletivo de robôs conformando-se para formar um dispositivo rígido.
[Imagem: Brian Long/UCSB]

Matéria robótica

Em termos de fazer pequenos dispositivos individuais simples se reunirem para agir como um só, as opções vão da matéria ativa à robótica de enxame.

Mas agora também é possível escolher um caminho do meio, obtendo o melhor das duas coisas.

"Nós descobrimos uma maneira de os robôs se comportarem mais como um material," disse Matthew Devlin, da Universidade da Califórnia de Santa Bárbara.

A equipe criou um coletivo composto por robôs autônomos individuais em forma de disco, dotados de ranhuras e ímãs externos, para que possam se encaixar uns nos outros. Os robôs individuais são então programados para se montarem em várias formas, cada uma com diferentes resistências materiais.

O interesse da equipe é criar um material robótico que seja rígido e forte, mas capaz de fluir quando uma nova forma se faz necessária. "Materiais robóticos devem ser capazes de tomar uma forma e mantê-la, mas também devem ser capazes de fluir seletivamente para uma nova forma," explicou o professor Elliot Hawkes.

A inspiração foi retirada dos embriões. "Os tecidos embrionários vivos são os materiais inteligentes definitivos. Eles têm a capacidade de se automoldar, se autocurar e até mesmo controlar sua resistência material no espaço e no tempo. Para esculpir um embrião, as células nos tecidos podem alternar entre os estados fluido e sólido; um fenômeno conhecido na física como transições de rigidez," detalhou Otger Campàs, da Universidade Tecnológica de Dresden, na Alemanha.

Foto do coletivo robótico e o planejamento de duas das suas transições.
[Imagem: Matthew R. Devlin et al. - 10.1126/science.ads7942]

Robótica imitando a biologia

Durante o desenvolvimento de um embrião, as células têm a capacidade de se organizarem umas em torno das outras, transformando o organismo de uma massa de células indiferenciadas em uma coleção de formas discretas - como mãos e pés - e de várias consistências, como ossos e cérebro.

Os pesquisadores se concentraram em imitar três processos biológicos por trás dessas transições de rigidez: As forças ativas que as células em desenvolvimento aplicam umas às outras, permitindo que elas se movam; a sinalização bioquímica, que permite que essas células coordenem seus movimentos no espaço e no tempo; e sua capacidade de aderir umas às outras, o que, em última análise, dá a rigidez da forma final do organismo.

A adesão célula a célula foi obtida nos robôs usando pequenos ímãs no perímetro externo. Forças adicionais entre as células foram imitadas por forças tangenciais entre as unidades robóticas, usando oito engrenagens motorizadas ao longo do exterior circular de cada robô.

A seguir, foi necessário fazer os robôs individuais se comunicarem, imitando a sinalização bioquímica das células. "Cada célula 'conhece' sua cabeça e sua cauda, então ela sabe para que lado apertar e aplicar forças," explicou Hawkes. Dessa forma, o coletivo de células consegue mudar o formato do tecido, como quando elas se alinham uma ao lado da outra e alongam o corpo.

Nos robôs, isso foi feito usando sensores de luz dotados de filtros polarizados. Quando a luz incide sobre esses sensores, a polarização da luz diz a eles em qual direção girar suas engrenagens e, portanto, como mudar de formato. "Você pode simplesmente dizer a todos de uma vez, sob um campo de luz constante, em qual direção você quer que eles sigam, e todos podem se alinhar e fazer o que precisarem fazer," detalhou Devlin.

Detalhes dos robôs individuais, que deverão ser miniaturizados para tornar realidade a visão dos pesquisadores.
[Imagem: Matthew R. Devlin et al. - 10.1126/science.ads7942]

Coisa de ficção científica

Modulando as três forças entre os robôs, os pesquisadores demonstraram ser possível fazer reconfigurações em coletivos completamente travados e rígidos, permitindo que eles se remodelem. A introdução de forças dinâmicas entre as unidades superou o desafio de transformar coletivos robóticos rígidos em materiais robóticos maleáveis, imitando os tecidos embrionários vivos.

O resultado é um grupo de robôs que pode ser controlado para agir como um material inteligente: Seções do grupo podem ativar forças dinâmicas entre os robôs para "fluidificar" o coletivo, ou os robôs podem simplesmente se segurar uns aos outros para criar um material rígido. Modular esses comportamentos no grupo de robôs ao longo do tempo permitiu que os pesquisadores criassem materiais robóticos que suportam cargas pesadas, mas também podem remodelar, manipular objetos e até mesmo se autorreparar.

Atualmente, o grupo robótico de prova de conceito compreende um pequeno conjunto de 20 unidades relativamente grandes, mas simulações de computador indicam que o sistema pode ser dimensionado para números maiores de unidades miniaturizadas. Isso poderá permitir o desenvolvimento de materiais robóticos compostos por milhares de unidades, que possam assumir formas variadas e ajustar suas características físicas à vontade, mudando o conceito de objetos que temos hoje.

Além de aplicações na robótica, essa "robótica viva" permitirá o estudo da matéria ativa na física ou o comportamento coletivo na biologia. E combinar esses conjuntos robóticos com estratégias de aprendizado de máquina poderá criar capacidades nos materiais robóticos hoje só imaginados pela ficção científica, garante a equipe.

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