Músculos artificiais auto-regeneráveis podem tornar os robôs mais adaptáveis

A maioria dos robôs actuais é concebida com uma função muito específica. Depois de construídos, quase nunca mudam de papel. Um braço robótico pode agarrar, levantar ou separar peças, mas os seus movimentos ficam definidos desde o início.

Quando a tarefa muda, muitas vezes os engenheiros têm de redesenhar a máquina praticamente do zero. Isso exige tempo, dinheiro e trabalho.

Agora, um novo tipo de músculo artificial começa a pôr essa lógica em causa. Em vez de ficar limitado a um único uso, consegue alterar a forma, recuperar após sofrer danos e até ser reaproveitado noutro dispositivo. Uma flexibilidade deste nível pode transformar a forma como os robôs são pensados e utilizados no dia a dia.

Materiais de músculos artificiais

Este sistema assenta num actuador de elastómero dieléctrico, conhecido pela sigla DEA. Trata-se de materiais macios que se deslocam quando passa electricidade através deles.

Estes actuadores já são usados, por exemplo, em funções de vibração em dispositivos vestíveis e em garras robóticas macias que manipulam itens delicados, como fruta.

A grande diferença surge com a introdução de um material específico no actuador. À temperatura ambiente, comporta-se como um sólido, mas, quando é exposto a calor ou a campos magnéticos, passa a ter um comportamento semelhante ao de um fluido. Essa transição permite-lhe mover-se e reconfigurar-se enquanto o dispositivo continua em funcionamento.

Libertar-se de desenhos fixos

Nos músculos artificiais tradicionais, os padrões dos eléctrodos são fixos. Assim que esses padrões são impressos, deixam de poder ser alterados.

Isto limita as capacidades do robô. Se for necessário lidar com uma nova forma ou executar um movimento diferente, todo o sistema pode ter de ser redesenhado.

No novo actuador, essa barreira é removida. O eléctrodo consegue dividir-se, fundir-se e deslocar-se em três dimensões. Pode até mudar de posição durante a operação. Na prática, o mesmo robô passa a poder desempenhar tarefas distintas sem ter de ser reconstruído.

Esta adaptabilidade é relevante em contextos reais. Um robô numa fábrica pode precisar de alternar entre movimentos de agarrar, dobrar e expandir. Em vez de trocar componentes ou máquinas, poderia ajustar-se no momento.

Reparar-se após danos

Em robótica, os danos são um problema sério. Um fio cortado ou uma falha eléctrica pode parar por completo uma máquina. Este novo sistema segue um caminho diferente.

Se uma parte do eléctrodo for danificada, o material pode tornar-se fluido nas proximidades dessa zona. Desse modo, volta a ligar secções interrompidas ou cria um desvio em torno do dano. O robô continua a funcionar, em vez de desligar.

Essa capacidade prolonga a vida útil do sistema. Além disso, reduz o tempo de paragem, algo crítico em ambientes industriais, onde atrasos podem ser dispendiosos.

Reutilização de novos músculos artificiais

Há ainda outra característica que se destaca. Quando um dispositivo chega ao fim da sua vida, o material do eléctrodo não tem de ser descartado. Pode ser extraído em forma líquida e utilizado novamente num novo sistema.

Os testes indicaram que, mesmo após vários ciclos de reutilização, o sistema manteve cerca de 91 por cento de taxa de recuperação, continuando a apresentar um desempenho consistente. Isto abre caminho para uma robótica mais sustentável, em que as peças são reaproveitadas em vez de deitadas fora.

Mais perto de máquinas adaptáveis

Este trabalho junta ciência dos materiais e engenharia mecânica. O material precisava de ser estável e, ao mesmo tempo, flexível. Em paralelo, era essencial demonstrar que o sistema conseguia mover-se, mudar de forma e recuperar em condições reais.

O resultado é um único actuador capaz de assumir diferentes funções consoante a necessidade. Representa uma mudança de robôs construídos para uma tarefa única para máquinas que se ajustam quando é preciso.

“Este estudo representa um avanço na transformação de eléctrodos tradicionalmente estáticos e passivos em ‘elementos vivos e programáveis’ através de inovações no desenho de partículas e polímeros”, afirmou o co-autor do estudo Jeong-Yun Sun, professor na Faculdade de Engenharia da Universidade Nacional de Seul.

“Esta tecnologia de eléctrodos auto-regeneráveis e reconfiguráveis em forma servirá como uma base essencial para a próxima geração de robótica macia sustentável.”

Para onde isto pode levar

O impacto pode estender-se a várias áreas. Robôs macios poderão executar tarefas mais complexas sem necessidade de redesenho constante. Dispositivos poderão reparar-se enquanto operam em condições exigentes, incluindo ambientes com stress eléctrico ou danos físicos.

Existe também potencial para novos tipos de ecrãs que mudam de forma em tempo real. Os músculos artificiais podem tornar-se mais próximos do comportamento biológico, com movimentos que acompanham a complexidade do movimento humano.

A alteração mais ampla está na forma como as máquinas são construídas e mantidas. Em vez de sistemas estáticos e descartáveis, podem tornar-se estruturas adaptáveis que evoluem, recuperam e continuam a trabalhar ao longo do tempo.

O estudo completo foi publicado na revista Science Advances.