Em um grande avanço na robótica, os robôs com músculos 'suaves' semelhantes aos humanos foram projetados com sucesso pela primeira vez. Esses robôs soft podem ser uma bênção para projetar robôs amigáveis aos humanos no futuro.
Robôs são máquinas programáveis que são usadas rotineiramente em aplicações industriais, por exemplo, como parte da automação, especialmente na fabricação, porque são projetados para serem bons em tarefas repetitivas que exigem muita força e potência. Robôs interagem com o mundo físico por meio de sensores e atuadores neles e são reprogramáveis, tornando-os mais úteis e flexíveis do que as máquinas rotineiras de função única. É óbvio, pela forma como estes robôs são concebidos para realizar o trabalho, que os seus movimentos são extremamente rígidos, por vezes espasmódicos, semelhantes a máquinas e são pesados, imponentes e não são úteis quando uma tarefa específica requer quantidades variáveis de força em momentos diferentes. pontos. Às vezes, os robôs também são perigosos e podem precisar de compartimentos seguros, pois não são sensíveis ao ambiente. O campo da robótica está explorando uma variedade de disciplinas para projetar, construir, programar e usar eficientemente máquinas robóticas em diversas áreas da indústria e tecnologia médica com diferentes requisitos.
Em recentes estudos com gêmeos liderados por Christoph Keplinger, os pesquisadores equiparam os robôs com uma nova classe de músculos que são muito semelhantes aos nossos músculos humanos e possuem e projetam força e sensibilidade assim como nós. A ideia central é proporcionar mais “natural”movimentos para a máquina, ou seja, robôs. 99.9% de todos os robôs atuais são máquinas rígidas feitas de aço ou metal, enquanto um corpo biológico é macio, mas possui capacidades incríveis. Estes robôs com músculos “macios” ou “mais reais” podem ser adequadamente concebidos para realizar tarefas rotineiras e delicadas (que os músculos humanos realizam diariamente), por exemplo, simplesmente apanhar uma fruta ou colocar um ovo dentro de uma cesta. Em comparação com os robôs tradicionais, os robôs equipados com 'músculos artificiais'serão como versões' mais suaves 'de si mesmas e mais seguras e poderão ser personalizadas para realizar quase qualquer tarefa na proximidade de pessoas, sugerindo várias aplicações possíveis associadas com e em torno da vida humana. Os robôs macios podem ser chamados de robôs "colaborativos", pois serão projetados exclusivamente para realizar uma tarefa específica de maneira muito semelhante a um ser humano.
Os pesquisadores têm tentado criar robôs de músculos moles. Tal robô exigirá um soft músculo tecnologia para representar os músculos humanos e duas dessas tecnologias foram testadas por pesquisadores - atuadores pneumáticos e atuadores de elastômero dielétrico. O 'atuador' é definido como o dispositivo real que move o robô, ou o robô mostra um movimento específico. Em atuadores pneumáticos, uma bolsa macia é bombeada com gases ou fluidos para criar um movimento específico. Este é um projeto simples, mas ainda poderoso, embora as bombas sejam impraticáveis e tenham reservatórios volumosos. A segunda tecnologia - atuadores de elastômero dielétrico usam o conceito de aplicar um campo elétrico em um plástico flexível isolante para deformá-lo e, assim, criar um movimento. Essas duas tecnologias sozinhas ainda não tiveram sucesso porque, quando um raio de eletricidade passa pelo plástico, esses dispositivos falham miseravelmente e, portanto, não são resistentes a danos mecânicos.
Mais "humano como” robôs com músculos semelhantes
Nos estudos de gêmeos relatados em Ciência1 e Ciências Robótica2, os pesquisadores pegaram os aspectos positivos das duas tecnologias de músculos moles disponíveis e criaram um atuador simples semelhante a um músculo macio que usa eletricidade para alterar o movimento de líquidos dentro de pequenas bolsas. Essas bolsas de polímero flexível contêm um líquido isolante, por exemplo, um óleo comum (óleo vegetal ou óleo de canola) do supermercado, ou qualquer líquido semelhante pode ser usado. Uma vez que a voltagem foi aplicada entre os eletrodos de hidrogel colocados entre os dois lados da bolsa, os lados foram atraídos um para o outro, o espasmo de óleo ocorre, espremendo o líquido nele e fazendo com que ele flua dentro da bolsa. Esta tensão cria uma contração muscular artificial e uma vez que a eletricidade é cortada, o óleo relaxa novamente, imitando um artificial relaxamento muscular. O atuador muda de forma desta maneira, e o objeto que está conectado ao atuador mostra um movimento. Portanto, esse 'músculo artificial' se contrai e se solta (flexiona) instantaneamente em milissegundos da mesma maneira e com a mesma precisão e força dos verdadeiros músculos esqueléticos humanos. Esses movimentos podem até superar a velocidade das reações dos músculos humanos, porque os músculos humanos se comunicam simultaneamente com o cérebro, causando um atraso, embora imperceptível. Portanto, através deste projeto, foi alcançado um sistema de fluidos que possuía controle elétrico direto exibindo versatilidade e alto desempenho.
No primeiro estudo1 in Ciência, os atuadores foram projetados no formato de um donut e tinham a capacidade e destreza para pegar e segurar uma framboesa por meio de uma pinça robótica (sem explodir a fruta!). O possível dano que foi feito por um parafuso de eletricidade ao passar pelo líquido isolante (um grande problema com os atuadores projetados anteriormente) também foi cuidado no projeto atual e qualquer dano elétrico foi auto-curado ou reparado instantaneamente por apenas um novo fluxo de líquido na parte 'danificada' por meio de um processo simples de redistribuição. Isso foi atribuído ao uso de material líquido, que é mais resiliente, no lugar de uma camada isolante sólida usada em muitos projetos anteriores e que foi danificada instantaneamente. Nesse processo, o músculo artificial sobreviveu a mais de um milhão de ciclos de contração. Este atuador em particular, tendo o formato de um donut, era facilmente capaz de escolher uma framboesa. Da mesma forma, ao adaptar a forma dessas bolsas elásticas, os pesquisadores criaram uma ampla gama de atuadores com movimentos exclusivos, por exemplo, até mesmo pegar um ovo frágil com a precisão e a força exata exigida. Esses músculos flexíveis foram denominados como atuadores "eletrostáticos de autocura amplificados hidraulicamente" ou atuadores HASEL. Em um segundo estudo2 publicado em Robótica ciência, a mesma equipe criou ainda dois outros designs de músculos moles que se contraem linearmente, muito semelhantes a um bíceps humano, tendo assim a capacidade de levantar repetidamente objetos mais pesados do que seu próprio peso.
A opinião geral é que, uma vez que os robôs são máquinas, eles certamente devem ter uma vantagem sobre os humanos, mas, quando se trata das habilidades surpreendentes que os nossos músculos nos proporcionam, pode-se simplesmente dizer que os robôs são insignificantes em comparação. O músculo humano é extremamente poderoso e nosso cérebro tem um controle extraordinário sobre nossos músculos. Esta é a razão pela qual os músculos humanos são capazes de realizar tarefas complexas com precisão, por exemplo, escrever. Nossos músculos se contraem e relaxam repetidamente ao fazer uma tarefa pesada e é dito que usamos apenas cerca de 65 por cento da capacidade de nossos músculos e este limite é definido principalmente pelo nosso pensamento. Se pudéssemos imaginar um robô com músculos moles como os humanos, a força e as capacidades seriam enormes. Esses estudos são vistos como um primeiro passo para desenvolver um atuador que poderia um dia atingir as enormes capacidades dos músculos biológicos reais.
Robótica 'leve' econômica
Os autores dizem que materiais como as bolsas de polímero de batata frita, óleo e até mesmo eletrodos são baratos e prontamente disponíveis levando o custo para apenas 0.9 dólares (ou 10 centavos). Isso é encorajador para as unidades de manufatura industriais atuais e para os pesquisadores aprofundarem seus conhecimentos. Os materiais de baixo custo são escalonáveis e compatíveis com as práticas atuais da indústria e tais dispositivos podem ser usados para uma série de aplicações, como dispositivos protéticos ou como um companheiro humano. Este é um aspecto particularmente interessante, uma vez que o termo robótica sempre foi equiparado a custos elevados. Uma desvantagem associada a esse músculo artificial é a grande quantidade de eletricidade necessária para seu funcionamento e também há chances de queimar se o robô reservar muito de sua energia. Os robôs macios são muito mais delicados do que os robôs tradicionais, tornando seu design mais desafiador, por exemplo, possibilidades de perfurar, perder energia e derramar óleo. Esses robôs soft definitivamente precisam de algum tipo de aspecto de autocura, como muitos robôs soft já precisam.
Robôs soft eficientes e robustos podem ser muito úteis em vidas humanas, pois podem complementar os humanos e trabalhar com eles como robôs “colaborativos”, em vez de robôs que substituem os humanos. Além disso, os braços protéticos tradicionais podem ser mais macios, agradáveis e sensíveis. Esses estudos são promissores e se a alta demanda de energia pudesse ser enfrentada, ela teria o potencial de revolucionar o futuro dos robôs em termos de design e movimentação.
***
{Você pode ler o artigo de pesquisa original clicando no link DOI fornecido abaixo na lista de fontes citadas}
Fontes)
1. Acome et al. 2018. Atuadores eletrostáticos de autocura amplificados hidraulicamente com desempenho semelhante ao de um músculo. Ciência. 359 (6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Atuadores Peano-HASEL: Transdutores eletrohidráulicos miméticos musculares que se contraem linearmente na ativação. Robótica ciência. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
