A próxima geração de robôs será de metamorfos

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Envolver uma bola elástica (laranja) em uma camada de pequenos robôs (azul) permite que os pesquisadores programem a forma e o comportamento. Crédito: Jack Binysh.

Por Chris Melvin
Publicado na University of Bath

Físicos descobriram uma nova maneira de revestir robôs moles em materiais que permitem que eles se movam e funcionem de maneira mais proposital. A pesquisa, liderada pela Universidade de Bath do Reino Unido, foi descrita essa semana na Science Advances.

Os autores do estudo acreditam que sua modelagem inovadora em ‘matéria ativa’ pode ser um marco decisivo no design de robôs. Com o desenvolvimento do conceito, pode ser possível determinar a forma, o movimento e o comportamento de um sólido mole não por sua elasticidade natural, mas pela atividade controlada pelo homem em sua superfície.

A superfície de um material mole comum sempre encolhe em uma esfera. Pense na forma como a água se transforma em gotículas: a formação de gotas ocorre porque a superfície de líquidos e outros materiais moles se contrai naturalmente na menor área de superfície possível – ou seja, uma esfera. Mas a matéria ativa pode ser projetada para trabalhar contra essa tendência. Um exemplo disso em ação seria uma bola de borracha envolta em uma camada de nanorobôs, onde os robôs são programados para trabalhar em harmonia para distorcer a bola em uma nova forma pré-determinada (digamos, uma estrela).

Espera-se que a matéria ativa mole vai revestir uma nova geração de máquinas cuja função virá de baixo para cima. Assim, em vez de serem governadas por um controlador central (como os braços robóticos de hoje são controlados nas fábricas), essas novas máquinas seriam feitas de muitas unidades ativas individuais que cooperam para determinar o movimento e a função da máquina. Isso é semelhante ao funcionamento de nossos próprios tecidos biológicos, como as fibras do músculo cardíaco.

Usando essa ideia, os cientistas poderiam projetar máquinas leves com braços feitos de materiais flexíveis alimentados por robôs embutidos em sua superfície. Eles também poderiam adaptar o tamanho e a forma das cápsulas de drogas, revestindo a superfície das nanopartículas em um material responsivo e ativo. Isso, por sua vez, poderia ter um efeito dramático na forma como uma droga interage com as células do corpo.

O trabalho com matéria ativa desafia a suposição de que o custo energético da superfície de um líquido ou sólido mole deve sempre ser positivo porque uma certa quantidade de energia é sempre necessária para criar uma superfície.

“A matéria ativa nos faz olhar para as regras familiares da natureza – regras como o fato de que a tensão superficial tem que ser positiva – sob uma nova luz. Ver o que acontece se quebrarmos essas regras, e como podemos aproveitar os resultados, é um ponto interessante para fazer pesquisas”, disse Jack Binysh, primeiro autor do estudo.

“Este estudo é uma importante prova de conceito e tem muitas implicações úteis. Por exemplo, a tecnologia futura poderia produzir robôs moles que são muito mais leves e melhores em pegar e manipular materiais delicados”, acrescenta Anton Souslov, autor correspondente.

Para o estudo, os pesquisadores desenvolveram teoria e simulações que descreviam um sólido macio 3D cuja superfície experimenta tensões ativas. Eles descobriram que essas tensões ativas expandem a superfície do material, puxando o sólido embaixo junto com ele e causando uma mudança global de forma. Os pesquisadores descobriram que a forma precisa adotada pelo sólido poderia ser adaptada alterando as propriedades elásticas do material.

Na próxima fase deste trabalho – que já começou – os pesquisadores aplicarão esse princípio geral para projetar robôs específicos, como braços moles ou materiais de auto-natação. Eles também vão olhar para o comportamento coletivo – por exemplo, o que acontece quando você tem muitos sólidos ativos, todos empacotados juntos.