Aproveitando Flexoeletricidade em Elastômeros Macios para Melhorar Mobilidade Robótica

Alguns materiais na natureza podem mudar significativamente de tamanho e forma — ou deformar — como uma banda elástica quando um sinal elétrico é enviado. Os materiais atuam como conversores de energia que deformam quando um sinal elétrico é enviado através ou fornecem eletricidade quando manipulados. Isso é chamado piezoeletricidade e é útil na criação de sensores e eletrônicos a laser, entre vários outros usos finais. Esses materiais naturalmente ocorrentes são raros e consistem em estruturas cristalinas rígidas que são frequentemente tóxicas — três desvantagens distintas para aplicações humanas.

Polímeros feitos pelo homem oferecem passos para aliviar esses pontos problemáticos eliminando a escassez de material e criando polímeros macios capazes de dobrar e esticar — conhecidos como elastômeros macios — mas anteriormente, esses elastômeros macios careciam de atributos piezoelétricos significativos.

Pesquisadores demonstraram "flexoeletricidade gigante" em elastômeros macios que poderia melhorar a amplitude de movimento do robô e tornar marca-passos auto-energizados uma possibilidade real. Esta teoria engenheira uma conexão entre eletricidade e movimento mecânico em materiais macios, semelhantes a borracha. Embora alguns polímeros sejam fracamente piezoelétricos, não existem materiais macios, semelhantes a borracha, que sejam piezoelétricos. O termo para esses elastômeros macios multifuncionais com capacidade aumentada é "flexoeletricidade gigante"; em outras palavras, aumentando o desempenho flexoelétrico em materiais macios.

Na maioria dos materiais de borracha macia, a flexoeletricidade é bastante fraca, mas ao reorganizar as cadeias nas células unitárias em nível molecular, a teoria mostra que elastômeros macios podem atingir flexoeletricidade de quase 10⁴ vezes a quantidade convencional. Robôs humanoides feitos com elastômeros macios que contêm propriedades flexoelétricas aumentadas seriam capazes de uma maior amplitude de movimento para realizar tarefas físicas. Marca-passos implantados em corações humanos e utilizando baterias de lítio poderiam, em vez disso, ser auto-energizados, pois o movimento natural gera energia elétrica.

A mecânica de elastômeros macios gerando e sendo manipulados por sinais elétricos replica uma função similar observada em ouvidos humanos. Sons atingem o tímpano, que então vibra e envia sinais elétricos ao cérebro, onde são interpretados. Neste caso, o movimento pode manipular elastômeros macios e gerar eletricidade para alimentar um dispositivo por conta própria. Este processo de auto-geração de energia pelo movimento é um passo acima de uma bateria típica.

Esforços para melhorar o efeito flexoelétrico em elastômeros macios serão o foco de estudos futuros.