Pesquisadores de Harvard constroem polvo pneumático

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19/08/2018

Em um afastamento da engenharia por trás de robôs industriais rígidos típicos, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard construiu o que seria o primeiro robô autônomo, sem restrições e inteiramente macio. O dispositivo, um polvo pneumático apelidado de octobot, é baseado em impressão 3D e microfluídica e potencialmente poderia abrir caminho para uma nova geração de máquinas autônomas completamente suaves.

Descrevendo seu trabalho na revista Nature, os pesquisadores disseram que a robótica soft pode revolucionar o modo como os seres humanos interagem com as máquinas. Esforços anteriores para construir robôs totalmente compatíveis enfrentaram obstáculos. Outros robôs de corpo mole abrigavam fontes de alimentação rígidas ou eram amarrados a sistemas elétricos ou pneumáticos externos.

“Uma visão de longa data para o campo da robótica leve foi criar robôs que são totalmente flexíveis, mas a luta sempre esteve na substituição de componentes rígidos como baterias e controles eletrônicos com sistemas suaves análogos e, em seguida, colocando tudo junto”, disse Robert Wood, professor da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson. "Esta pesquisa demonstra que podemos facilmente fabricar os principais componentes de um robô simples e totalmente macio, que estabelece as bases para projetos mais complexos."

O dispositivo, que mede cerca de 7 cm de diâmetro e tem a forma de um pequeno polvo, é feito de gel de silicone de várias durezas. O octobot de Harvard é baseado “pneumaticamente”, alimentado por gás sob pressão, mas não por ar comprimido. Em vez disso, uma pequena quantidade de solução de peróxido de hidrogênio a 50% em uma célula de combustível reage com um catalisador de platina e transforma o líquido em uma grande quantidade de gás, que flui para os braços do octobot e infla os compartimentos dentro dos oito membros separados. Subseqüentemente, a ventilação do gás retrai os braços para sua posição original.

O octobot não depende de controles eletrônicos. Em vez disso, os pesquisadores usaram a lógica microfluídica como um controlador soft e um método de impressão 3D incorporado e multimaterial para fabricar redes pneumáticas dentro de um corpo de robô elastomérico moldado. Uma abordagem de montagem híbrida permite que a equipe use litografia suave, moldagem e impressão 3D para fabricar rapidamente uma variedade de materiais e elementos funcionais necessários para a operação autônoma e sem restrições de um robô flexível.

Um sistema de válvulas de retenção e válvulas de comutação dentro do controlador de software regula o fluxo de fluido para dentro e através do sistema. Os canais de fluxo com apenas algumas centenas de microns de largura são padronizados no controlador soft. Como analogia elétrica, válvulas de retenção, tanques de combustível, oscilador, câmaras de reação, atuadores e orifícios de ventilação são semelhantes a diodos, capacitores de alimentação, osciladores elétricos, amplificadores, capacitores e resistores pull-down, respectivamente.

Para começar a operação, 0,5 ml de combustível é infundido através de uma bomba de seringa em cada um dos dois reservatórios de combustível. Os reservatórios de combustível expandem-se elasticamente a uma pressão de aproximadamente 50 kPa, forçando o combustível para o oscilador. O oscilador inclui um sistema de válvulas de aperto e retenção que, alternadamente, direciona o combustível para as câmaras de reação carregadas de platina, onde se decompõe rapidamente. As válvulas de retenção a jusante evitam que o gás pressurizado resultante retorne ao controlador de software e flui para os atuadores. A pressão do gás desvia os atuadores e os escapes para a atmosfera através de um orifício de ventilação. Após a ventilação, o fluxo de combustível para uma câmara de reação pára e flui para a outra começa, iniciando uma sequência similar na outra câmara catalítica a jusante e na rede do atuador.

A simplicidade do processo de montagem abre caminho para projetos mais complexos, disse Ryan Truby, um estudante de pós-graduação e co-autor do artigo. Em seguida, a equipe de Harvard espera projetar um polvo pneumático que possa rastejar, nadar e interagir com seu ambiente. Algum dia, robôs macios podem ser usados ​​para operações cirúrgicas ou para espremer ferramentas ou câmeras em locais de difícil acesso.