Robôs Biohíbridos Nadadores com Auto-Treinamento: Avançando a Robótica Suave Adaptativa

Roboticistas visam imitar o que entidades biológicas naturais alcançaram — ações como mover, adaptar-se ao ambiente ou sentir. Além de robôs rígidos tradicionais, o campo da robótica suave surgiu recentemente usando materiais flexíveis e conformáveis capazes de se adaptar ao ambiente mais eficientemente do que os rígidos. Com esse objetivo em mente, cientistas têm trabalhado no campo de robôs biohíbridos ou biobots. Estes geralmente são compostos de tecido muscular, seja cardíaco ou esquelético, e um andaime artificial que pode alcançar rastejar, agarrar ou nadar. Infelizmente, biobots atuais são incapazes de emular o desempenho de entidades naturais em termos de mobilidade e força.

Pesquisadores superaram ambos os desafios usando ferramentas de bioengenharia. Eles aplicaram bioprinting 3D e design de engenharia para o desenvolvimento de biobots na faixa de centímetros que podem nadar e planar como peixes com velocidades sem precedentes. A chave é o uso da contração espontânea de materiais baseados em células musculares com um esqueleto muito flexível.

Em vez de trabalhar com andaimes rígidos ou amarrados para preparar robôs artificiais, os pesquisadores usaram robôs biológicos baseados em uma mola serpentina flexível feita de um polímero chamado PDMS, que foi projetado e otimizado via simulações e então impresso usando tecnologia de impressão 3D. A vantagem deste andaime inovador reside no treinamento e desenvolvimento aprimorado do tecido através de auto-estimulação mecânica contrações espontâneas, que cria um loop de feedback devido à força restauradora da mola. Este evento de auto-treinamento leva a atuação aprimorada e maior força de contração. Tais molas serpentinas não haviam sido incluídas antes em um sistema vivo robótico suave. Além da capacidade de auto-treinamento, os nadadores biohíbridos baseados em células musculares esqueléticas moveram-se a velocidades 791 vezes mais rápidas que os biobots atuais baseados em músculo esquelético e foram comparáveis a outros biosnadadores baseados em cardiomiócitos (baseados em células cardíacas).

Os novos biobots também foram capazes de realizar outros movimentos. Eles foram capazes de planar quando colocados perto da superfície inferior, assemelhando-se ao estilo de natação de certos peixes caracterizado por rajadas esporádicas seguidas por fases de planeio.

O trabalho também tem aplicações em entrega de drogas e desenvolvimento de próteses biônicas.