Blocos reprogramáveis estilo Lego simulam flexibilidade de vida

Motion Design INSIDER
Xiaoyue Ni observa um peixe robótico com cauda reprogramável nadando em um aquário. A prova de demonstração pode levar a materiais com propriedades reprogramáveis ​​que poderiam funcionar dentro de corpos humanos ou eletrônicos. (Imagem:Cortesia dos pesquisadores)
Engenheiros mecânicos da Duke University demonstraram um método de prova de conceito para programar propriedades mecânicas em blocos de construção sólidos semelhantes a Lego. Ao controlar a solidez de centenas de células individuais em padrões específicos, a abordagem poderia permitir que a robótica futurista alterasse suas propriedades mecânicas e funcionalidades em tempo real.

Em seus testes iniciais, os pesquisadores mostram como um feixe 3D em forma de cauda com várias configurações pode mover um peixe robótico pela água ao longo de diferentes caminhos com a mesma atividade motora. A equipe prevê versões miniaturizadas da tecnologia que poderiam, por exemplo, manobrar através dos vasos sanguíneos para avaliar sua saúde ou até mesmo reconfigurar para formar um stent adaptativo.

“Queremos fazer materiais que estejam vivos”, explicou Yun Bai, primeiro autor do artigo e Ph.D. estudante no laboratório de Xiaoyue Ni, professor assistente de Engenharia Mecânica e Ciência de Materiais na Duke. "As impressoras 3D podem criar materiais com propriedades mecânicas específicas, mas é preciso repetir a impressão para alterá-los. Queríamos criar algo como músculos humanos que pudessem alterar sua rigidez em tempo real."

Para que isso acontecesse, os pesquisadores encheram células individuais com uma receita de gálio e ferro. À temperatura ambiente, este compósito metálico pode ser sólido ou líquido. Começando como um sólido completo, os pesquisadores podem aplicar calor com corrente elétrica para liquefazer qualquer padrão de células, quase como escrever e armazenar uns e zeros em um disco rígido.

Em duas dimensões, o material resultante é essencialmente uma folha fina que pode ser programada para alterar com precisão a rigidez e o amortecimento sem alterar a sua forma ou geometria. O material foi exaustivamente testado, mostrando grande flexibilidade para imitar uma variedade de materiais macios disponíveis comercialmente, de plásticos a borrachas.

O conceito, porém, fica ainda mais interessante em três dimensões. Em sua demonstração, os pesquisadores criaram blocos de construção semelhantes a Lego que podem ser colados e desencaixados em qualquer configuração. Cada bloco se assemelha a um cubo de Rubik contendo 27 células individuais, cada uma das quais pode ser liquefeita através do calor localizado de um sinal elétrico. “Isso nos dá flexibilidade para criar estruturas 3D com diferentes propriedades mecânicas”, disse Bai. “E congelar os blocos a zero grau redefine todas as células ao seu estado sólido para que sua configuração possa ser reprogramada continuamente.”

No artigo, os pesquisadores juntaram 10 desses cubos em uma coluna reta para criar uma espécie de cauda programável, anexaram-na a um motor simples dentro de um peixe robótico e testaram as habilidades de natação de várias configurações. O mesmo peixe robótico com diferentes arranjos de células sólidas na cauda apresentou trajetórias de natação muito diferentes.

Construindo a partir desta plataforma, os investigadores prevêem a utilização de diferentes metais para criar diferentes pontos de congelamento e fusão que poderiam permitir que estes materiais, por exemplo, fossem utilizados dentro de um corpo humano. Eles também acreditam que a configuração poderia ser miniaturizada para funcionar dentro de limites minúsculos, como vasos sanguíneos humanos ou sistemas eletrônicos delicados.

“Nosso objetivo é eventualmente construir sistemas maiores usando materiais compósitos”, disse Ni. “Queremos construir materiais flexíveis e programáveis ​​para robótica que possam permitir-lhes realizar uma ampla variedade de tarefas em uma ampla variedade de ambientes.”

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