Materiais de detecção suave e autocura para mãos e braços robóticos

Materiais gelatinosos de baixo custo, desenvolvidos por pesquisadores da Universidade de Cambridge, podem detectar tensão, temperatura e umidade. E, ao contrário dos robôs de autocura anteriores, eles também podem se reparar parcialmente à temperatura ambiente.

As tecnologias de sensoriamento suave podem transformar a robótica, interfaces táteis e dispositivos vestíveis, entre outras aplicações. No entanto, a maioria das tecnologias de sensoriamento suave não são duráveis ​​e consomem grandes quantidades de energia.

“A incorporação de sensores suaves na robótica nos permite obter muito mais informações deles, como como a tensão em nossos músculos permite que nossos cérebros obtenham informações sobre o estado de nossos corpos”, disse David Hardman, do Departamento de Engenharia de Cambridge, o primeiro autor de o artigo publicado na revista NPG Asia Materials.

Como parte do projeto SHERO financiado pela UE, Hardman e seus colegas têm trabalhado para desenvolver materiais de detecção suave e autocura para mãos e braços robóticos. Esses materiais podem detectar quando estão danificados, tomar as medidas necessárias para se curar temporariamente e, em seguida, retomar o trabalho - tudo sem a necessidade de interação humana.

“Trabalhamos com materiais de autorrecuperação há vários anos, mas agora estamos procurando maneiras mais rápidas e baratas de fazer robôs de autorrecuperação”, disse o coautor Thomas George-Thuruthel, também do Departamento de Engenharia.

Versões anteriores dos robôs de autocura precisavam ser aquecidos para curar, mas os pesquisadores de Cambridge agora estão desenvolvendo materiais que podem curar à temperatura ambiente, o que os tornaria mais úteis para aplicações no mundo real.

“Começamos com um material elástico à base de gelatina que é barato, biodegradável e biocompatível e realizamos diferentes testes sobre como incorporar sensores ao material adicionando muitos componentes condutores”, disse Hardman.

Os pesquisadores descobriram que os sensores de impressão contendo cloreto de sódio – sal – em vez de tinta de carbono resultaram em um material com as propriedades que procuravam. Como o sal é solúvel no hidrogel cheio de água, ele fornece um canal uniforme para a condução iônica – o movimento dos íons.

Ao medir a resistência elétrica dos materiais impressos, os pesquisadores descobriram que as mudanças na tensão resultaram em uma resposta altamente linear, que eles poderiam usar para calcular as deformações do material. A adição de sal também possibilitou a detecção de trechos com mais de três vezes o comprimento original do sensor, para que o material possa ser incorporado em dispositivos robóticos flexíveis e esticáveis.

Os materiais auto-regenerativos são baratos e fáceis de fazer, seja por impressão 3D ou por fundição. Eles são preferíveis a muitas alternativas existentes, pois mostram resistência e estabilidade a longo prazo sem secar, e são feitos inteiramente de materiais seguros para alimentos amplamente disponíveis.

“É um sensor muito bom, considerando o quão barato e fácil de fabricar”, disse George-Thuruthel. “Poderíamos fazer um robô inteiro de gelatina e imprimir os sensores onde quer que precisemos deles.”

Os hidrogéis auto-regenerativos se ligam bem a uma variedade de materiais diferentes, o que significa que podem ser facilmente incorporados a outros tipos de robótica. Por exemplo, grande parte da pesquisa no Bio-Inspired Robotics Laboratory, onde os pesquisadores estão sediados, é focada no desenvolvimento de mãos artificiais. Embora este material seja uma prova de conceito, se desenvolvido, pode ser incorporado em peles artificiais e sensores vestíveis e biodegradáveis ​​feitos sob medida.