Robôs Dobráveis em Nanoscala Revolucionários: Aproveitando Atuadores de Memória de Forma

Um robô nanométrico totalmente funcional requer circuitos eletrônicos, fotovoltaicos, sensores e antenas. Mas se o robô precisa se mover, ele deve ser capaz de dobrar. Pesquisadores criaram atuadores de memória de forma em escala micrométrica que permitem materiais bidimensionais atomicamente finos a se dobrarem em configurações 3D. Tudo que requerem é um rápido pulso de voltagem. E uma vez que o material é dobrado, mantém sua forma mesmo após a voltagem ser removida.

Imagine um milhão de robôs microscópicos fabricados liberando-se de uma wafer que se dobram em forma, rastejam livres e realizam suas tarefas, até mesmo se montando em estruturas mais complexas. O atuador de memória de forma dos robôs pode acionar com voltagem e manter uma forma dobrada.

Os atuadores podem dobrar com raio de curvatura menor que um mícron — as maiores curvaturas de qualquer atuador acionado por voltagem 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 por quão pequenos os vários apêndices podem ser feitos para dobrar. Quanto mais apertadas as dobras, menores as dobras, e menor a pegada para cada máquina. Também é importante que essas dobras possam ser mantidas pelo robô, o que minimiza o consumo de energia — uma característica especialmente vantajosa para robôs e máquinas microscópicas.

Os dispositivos consistem em uma camada de platina com espessura de nanômetros coberta com um filme de titânio ou dióxido de titânio. Vários painéis rígidos de dióxido de silício (vidro) ficam no topo dessas camadas. Quando uma voltagem positiva é aplicada aos atuadores, átomos de oxigênio são impulsionados para a platina e trocam de lugar com átomos de platina. Este processo, chamado oxidação, faz a platina expandir de um lado nas costuras entre os painéis de vidro inertes, o que dobra a estrutura em sua forma pré-designada. As máquinas podem manter essa forma mesmo após a voltagem ser removida porque os átomos de oxigênio embutidos se agrupam para formar uma barreira, que os impede de difundir para fora.

Aplicando 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 no topo ou fundo — eles podem criar uma gama de estruturas de origami acionadas por dobras de montanha e vale.

As minúsculas camadas têm cerca de 30 átomos de espessura, comparado a uma folha de papel que pode ter 100.000 átomos de espessura. As máquinas se dobram dentro de 100 milissegundos. Elas também podem achatar e se redobrar milhares de vezes. E precisam apenas de um único volt para serem alimentadas.

A equipe está atualmente trabalhando para integrar os atuadores de memória de forma com circuitos para fazer robôs andantes com pernas dobráveis, bem como robôs semelhantes a folhas que se movem ondulando para frente. Estas inovações podem um dia levar a nanorrobôs que podem limpar infecção bacteriana de tecido humano, micro-fábricas que podem transformar manufatura, e instrumentos cirúrgicos robóticos dez vezes menores que os dispositivos atuais.