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Os pesquisadores mostram o potencial dos componentes robóticos imprimíveis que, com a ajuda de novos algoritmos e elementos eletrônicos, se dobram automaticamente em configurações tridimensionais específicas quando aquecidos. Crédito: Notícias do MIT
Usando novos algoritmos e componentes eletrônicos, os pesquisadores demonstram a promessa de componentes robóticos imprimíveis que, quando aquecidos, se dobram automaticamente em configurações tridimensionais prescritas.
Robôs imprimíveis – aqueles que podem ser montados a partir de peças produzidas por impressoras 3-D – têm sido um tópico de pesquisa no laboratório de Daniela Rus, professora Andrew e Erna Viterbi de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação na MIT.
Na Conferência Internacional IEEE sobre Robótica e Automação deste ano, o grupo de Rus e seus colaboradores apresentam uma nova novidade na ideia: robôs que podem ser cozidos.
Em dois novos artigos, os investigadores demonstram a promessa de componentes robóticos imprimíveis que, quando aquecidos, se dobram automaticamente em configurações tridimensionais prescritas.
Um artigo descreve um sistema que pega uma especificação digital de uma forma 3D – como um arquivo de projeto auxiliado por computador, ou CAD – e gera os padrões 2D que permitiriam que um pedaço de plástico reproduzisse-o por meio de auto-reprodução. dobrando.
O outro artigo explica como construir componentes elétricos a partir de materiais dobráveis cortados a laser. Os pesquisadores apresentam projetos de resistores, indutores e capacitores, bem como sensores e atuadores – os “músculos” eletromecânicos que permitem os movimentos dos robôs.
“Temos esse grande sonho do compilador de hardware, onde você pode especificar: 'Quero um robô que brinque com meu gato' ou 'Quero um robô que limpe o chão' e, a partir dessa especificação de alto nível, você realmente gera um dispositivo funcional”, diz Rus. “Até agora, abordamos alguns subproblemas no espaço, e um dos subproblemas é esse sistema ponta a ponta onde você tem uma imagem e, na outra extremidade, você tem um objeto que realiza essa imagem. E os mesmos modelos matemáticos e princípios que usamos neste pipeline também usamos para criar esses eletrônicos dobrados.”
Ambos os artigos baseiam-se em pesquisas anteriores realizadas por Rus em colaboração com Erik Demaine, outro professor de ciência da computação e engenharia do MIT. Este trabalho explorou como o origami poderia ser adaptado para criar robôs reconfiguráveis.
Todos os ângulos
A principal diferença no novo trabalho, explica Shuhei Miyashita, pós-doutorado no laboratório de Rus e um de seus coautores em ambos os artigos, é uma técnica para controlar com precisão os ângulos em que uma folha aquecida se dobra. Miyashita coloca uma folha de cloreto de polivinila (PVC) entre duas películas de poliéster rígido crivadas de fendas de larguras diferentes. Quando aquecido, o PVC se contrai e as fendas se fecham. Onde as bordas do filme de poliéster pressionam umas contra as outras, elas deformam o PVC.
Imagine, por exemplo, uma fenda no filme de poliéster superior e outra paralela a ela no filme inferior. Mas suponhamos também que a fenda no filme superior seja mais estreita do que a inferior. À medida que o PVC se contrai, as bordas da fenda superior pressionarão uma contra a outra, mas ainda haverá um espaço entre as bordas da fenda inferior. A folha inteira será então dobrada para baixo até que as bordas inferiores também se encontrem. O ângulo final é função da diferença nas larguras das fendas superior e inferior.
Mas produzir o padrão de fendas não é tão simples quanto sobrepô-las em um padrão de vinco de origami e ajustar as larguras de acordo, diz Rus. “Você está fazendo um controle global realmente complicado que move todas as arestas do sistema ao mesmo tempo”, diz ela. “Você quer projetar essas arestas de tal forma que o resultado da composição de todos esses movimentos, que na verdade interferem entre si, leve à estrutura geométrica correta.”
ByoungKwon An, outro aluno de Rus, é o principal autor do artigo que descreve o sistema de interpretação de imagens 3-D. Ele se juntou a Rus, Miyashita, Demaine e cinco outros pesquisadores do MIT e do laboratório do professor Robert Wood na Universidade de Harvard.
Eventos atuais
Miyashita é o autor principal do outro artigo, cujos coautores incluem, além de Rus, pesquisadores da Universidade de Zurique e da Universidade de Tóquio.
Nesse artigo, os pesquisadores descrevem o uso de um poliéster revestido com alumínio para criar componentes eletrônicos dobráveis. Miyashita projetou esses componentes manualmente, pois era necessário prescrever não apenas suas propriedades geométricas, mas também suas propriedades elétricas. O sensor projetado por Miyashita parece um pequeno acordeão. Cada uma das dobras sanfonadas contém um resistor separado e, quando as dobras são comprimidas, a resistência total muda proporcionalmente, com um efeito mensurável na corrente que passa pelo sensor.
O atuador – que permitiria o movimento de um robô – é uma bobina dobrável, que precisaria ser aumentada com um par de cilindros de ferro que poderiam ser magnetizados por uma corrente elétrica. O alumínio não é um condutor bom o suficiente para produzir um atuador que exerça muita força, mas um poliéster revestido de cobre deve resolver o problema.