Pesquisadores de Cambridge Desenvolvem Sensores Autorregeneráveis de Baixo Custo para Robótica Avançada

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

Tecnologias de Sensoriamento Macio Transformadoras

Tecnologias de sensoriamento macio podem transformar robótica, interfaces táteis e dispositivos vestíveis, entre outras aplicações. No entanto, a maioria dessas tecnologias não é durável e consome grandes quantidades de energia.

"Incorporar sensores macios na robótica nos permite obter muito mais informações deles, 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, primeiro autor do artigo publicado no periódico NPG Asia Materials.

Projeto SHERO: Materiais Autorregeneráveis para Mãos Robóticas

Como parte do projeto SHERO, financiado pela UE, Hardman e seus colegas vêm trabalhando para desenvolver materiais de sensoriamento macio e autorregeneráveis para mãos e braços robóticos. Esses materiais podem detectar quando estão danificados, tomar as medidas necessárias para se curar temporariamente e então retomar o trabalho — tudo sem necessidade de interação humana.

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

Versões anteriores de robôs autorregeneráveis precisavam ser aquecidos para curar, mas os pesquisadores de Cambridge agora desenvolvem materiais que curam em temperatura ambiente, o que os tornaria mais úteis para aplicações reais.

Gelatina e Sal: A Combinação Vencedora

"Começamos com um material elástico à base de gelatina, que é barato, biodegradável e biocompatível, e realizamos diferentes testes sobre como incorporar sensores no material adicionando muitos componentes condutivos", disse Hardman.

Os pesquisadores descobriram que imprimir sensores contendo cloreto de sódio — sal — em vez de tinta de carbono resultou em um material com as propriedades desejadas. Como o sal é solúvel no hidrogel cheio de água, ele fornece um canal uniforme para condução iônica — o movimento de íons.

Ao medir a resistência elétrica dos materiais impressos, os pesquisadores constataram que mudanças na deformação resultavam em uma resposta altamente linear, que poderiam usar para calcular as deformações do material. A adição de sal também permitiu detectar alongamentos de mais de três vezes o comprimento original do sensor, de modo que o material pode ser incorporado em dispositivos robóticos flexíveis e elásticos.

Facilidade de Fabricação e Estabilidade a Longo Prazo

Os materiais autorregeneráveis são baratos e fáceis de fabricar, seja por impressão 3D ou moldagem. São preferíveis a muitas alternativas existentes, pois mostram resistência e estabilidade a longo prazo sem secar, e são feitos inteiramente de materiais amplamente disponíveis e seguros para alimentos.

"É um sensor realmente bom considerando quão barato e fácil é de fazer", disse George-Thuruthel. "Poderíamos fazer um robô inteiro de gelatina e imprimir os sensores onde precisássemos."

Os hidrogéis autorregeneráveis aderem bem a uma variedade de materiais diferentes, o que significa que podem ser facilmente incorporados com outros tipos de robótica. Por exemplo, grande parte da pesquisa no Laboratório de Robótica Bioinspirada, onde os pesquisadores estão baseados, foca no desenvolvimento de mãos artificiais. Embora este material seja uma prova de conceito, se desenvolvido mais, poderia ser incorporado em peles artificiais e sensores vestíveis, biodegradáveis e personalizados.