Robôs dobráveis ​​de tamanho nanométrico

Um robô nanométrico totalmente funcional requer circuitos eletrônicos, energia fotovoltaica, sensores e antenas. Mas se o robô precisar se mover, ele deve ser capaz de dobrar. Pesquisadores criaram atuadores de memória de forma de tamanho micro que permitem que materiais bidimensionais atomicamente finos se dobrem em configurações 3D. Tudo o que eles exigem é uma rápida sacudida de tensão. E uma vez que o material é dobrado, ele mantém sua forma mesmo após a remoção da tensão.

Imagine um milhão de robôs microscópicos fabricados liberando-se de uma bolacha que se dobra em forma, rasteja livremente e realiza suas tarefas, até mesmo montando em estruturas mais complicadas. O atuador de memória de forma dos robôs pode acionar com tensão e manter uma forma dobrada.

Os atuadores podem dobrar com um raio de curvatura menor que um mícron - as maiores curvaturas de qualquer atuador acionado por tensão por uma ordem de magnitude. Essa flexibilidade é importante porque um dos princípios básicos da fabricação de robôs microscópicos é que o tamanho do robô é determinado pelo quão pequeno os vários apêndices podem ser dobrados. Quanto mais apertadas as curvas, menores as dobras e menor o tamanho de cada máquina. Também é importante que essas curvas possam ser seguradas pelo robô, o que minimiza o consumo de energia – um recurso especialmente vantajoso para robôs e máquinas microscópicas.

Os dispositivos consistem em uma camada nanométrica de platina coberta com um filme de titânio ou dióxido de titânio. Vários painéis rígidos de vidro de dióxido de silício estão sobre essas camadas. Quando uma voltagem positiva é aplicada aos atuadores, os átomos de oxigênio são conduzidos para a platina e trocam de lugar com os átomos de platina. Esse processo, chamado oxidação, faz com que a platina se expanda de um lado nas costuras entre os painéis de vidro inerte, que dobra a estrutura em sua forma pré-designada. As máquinas podem manter essa forma mesmo depois que a tensão é removida, porque os átomos de oxigênio incorporados se agrupam para formar uma barreira, o que os impede de se difundir.

Ao aplicar uma voltagem negativa ao dispositivo, os pesquisadores podem remover os átomos de oxigênio e restaurar rapidamente a platina ao seu estado original. E variando o padrão dos painéis de vidro – e se a platina está exposta na parte superior ou inferior – eles podem criar uma série de estruturas de origami acionadas por dobras de montanhas e vales.

As minúsculas camadas têm cerca de 30 átomos de espessura, em comparação com uma folha de papel que pode ter 100.000 átomos de espessura. As máquinas se dobram em 100 milissegundos. Eles também podem se achatar e redobrar milhares de vezes. E eles só precisam de um único volt para serem energizados.

A equipe está atualmente trabalhando para integrar os atuadores de memória de forma com circuitos para fazer robôs ambulantes com pernas dobráveis, bem como robôs semelhantes a folhas que se movem ondulando para a frente. Essas inovações podem um dia levar a nanorrobôs que podem limpar infecções bacterianas de tecidos humanos, microfábricas que podem transformar a fabricação e instrumentos cirúrgicos robóticos que são dez vezes menores que os dispositivos atuais.