Reinvenção da roda: Inventando uma roda que consegue subir escadas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/09/2024

A roda metamórfica de rigidez variável passando sobre uma rocha.
[Imagem: KIMM]

Reinventando a roda

Engenheiros coreanos desenvolveram uma nova tecnologia para rodas que permite superar vários obstáculos da vida diária, como escadas ou pedras.

Para isso, eles reinventaram a roda, que se tornou capaz de ajustar a própria rigidez em tempo real.

Curiosamente, a roda metamórfica de rigidez variável foi inspirada na tensão superficial de uma gota de líquido. A diferença é que a tensão superficial é aplicada a elos de corrente "inteligentes" sem ter que usar máquinas, atuadores ou sensores complexos.

A roda pode operar como uma roda rígida e circular normal, no modo de direção regular, e então mudar para um estado macio e deformável ao rolar sobre obstáculos, dependendo da altura e do formato desses obstáculos.

Já existem tecnologias para projetar o interior das rodas na forma de estruturas flexíveis, que funcionam como pneus sem ar comprimido - ou "pneus não pneumáticos". No entanto, a limitação dessas tecnologias é que as rodas são continuamente deformadas, mesmo ao dirigir em superfícies planas, o que dificulta a eficiência e a estabilidade da direção, além de gerar ruído.

Para evitar isso, a rigidez desta nova roda pode ser ajustada entre um estado rígido, para movimento rápido em solo plano, e um estado macio e deformável, para superar obstáculos.

O protótipo de demonstração foi usado para equipar uma cadeira de rodas, que se mostrou versátil e eficiente.

"Esta nova tecnologia para transformar rodas inspirada na tensão superficial pode ajudar a superar as limitações de dispositivos mecânicos convencionais, como robôs do tipo perna e conjuntos de rodas para superar obstáculos," disse o professor Dong Park, do Instituto Coreano de Máquinas e Materiais (KIMM). "Ela provavelmente encontrará aplicações em uma ampla gama de campos, incluindo cadeiras de rodas, robôs móveis e mobilidade pessoal capaz de superar obstáculos."

Princípio de funcionamento da roda mórfica, inspirada na tensão superficial dos líquidos, mas totalmente implementada com materiais sólidos
[Imagem: Jae-Young Lee et al. - 10.1126/scirobotics.adl2067]

Roda metamórfica

A roda metamórfica é composta de uma corrente formada por elos "inteligentes" e uma estrutura flexível. A corrente forma a borda mais externa da roda, sobre uma estrutura de raios conectados à estrutura do cubo da roda. Os raios de arame são usados para controlar a tensão superficial da corrente.

Quando a estrutura do cubo gira ou a distância muda, a estrutura dos raios é tensionada ou afrouxada, alterando assim a tensão superficial da estrutura envolvente formada pela corrente.

Se os raios puxarem os elos da corrente para dentro, a força de tração na parte mais externa da corrente aumenta. Isso é semelhante a uma situação em que um incremento na tensão superficial de uma gota de líquido leva a um aumento na força líquida, puxando as moléculas de líquido mais externas, o que resulta na gota de líquido mantendo de forma estável uma forma circular. Por outro lado, se a estrutura de raios de arame se afrouxar, a rigidez diminui.

A equipe também desenvolveu uma técnica de modularização, para aplicar facilmente a roda a uma ampla gama de sistemas móveis, consistindo em uma versão miniaturizada e leve do mecanismo de rigidez variável, inserida no interior da roda. Assim, uma versão modularizada da roda pode ser aplicada a vários sistemas móveis, como uma cadeira de rodas.

O conceito de roda maleável já foi testado em sistemas de duas e de quatro rodas.
[Imagem: Jae-Young Lee et al. - 10.1126/scirobotics.adl2067]

Melhor que robôs que andam

No sistema implantado na cadeira de rodas, a rigidez da roda pode ser alterada em tempo real, permitindo que a cadeira se mova de forma estável e possa ser manobrada para mudar de direção mesmo quando o espaço é limitado. Além disso, a cadeira de rodas pode rolar sobre obstáculos como pedras ou escadas de até 18 centímetros de altura.

Quando aplicaram a roda metamórfica a um sistema móvel de quatro rodas, a equipe constatou que a roda consegue superar obstáculos que são 1,3 vez maiores do que o raio da roda.

"Um dos problemas associados aos robôs quadrúpedes e bípedes que andam para superar obstáculos é que a eficiência do movimento é relativamente baixa em superfícies planas, e tremores inevitavelmente ocorrem no estado de movimento," acrescentou o professor Sung-Hyuk Song. "A roda metamórfica que desenvolvemos é significativamente relevante porque é capaz de superar obstáculos e, ao mesmo tempo, manter uma eficiência de movimento alta, comparável às rodas convencionais."

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