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A técnica MORPH pode introduzir a robótica suave para pesquisadores médicos, cujos tamanhos reduzidos e flexibilidade poderiam permitir uma nova abordagem para endoscopia e microcirurgia. Crédito: Wyss Institute da Universidade de Harvard
Os roboticistas estão prevendo um futuro em que robôs macios inspirados em animais possam ser implantados com segurança em ambientes de difícil acesso, como em procedimentos cirúrgicos delicados no corpo humano.
Embora tenham sido criados robôs leves de tamanho centimétrico, até agora não foi possível fabricar robôs multifuncionais e flexíveis que possam se mover e operar em escalas menores.
Uma equipe de pesquisadores do Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada de Harvard, da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson e da Universidade de Boston agora superou esse desafio desenvolvendo um processo de fabricação integrado que permite o projeto de robôs leves em a escala milimétrica com recursos de escala micrométrica. Para demonstrar as capacidades de sua nova tecnologia, eles criaram uma aranha macia robótica – inspirada na colorida aranha pavão australiana de tamanho milimétrico – a partir de um único material elástico com características de modelagem corporal, movimento e cor. O estudo é publicado em Materiais Avançados.
O que tem a capacidade de se mover e mostrar suas cores, é feito apenas de borracha de silicone e fabricado em escala milimétrica? Uma aranha pavão robótica macia. Os pesquisadores combinaram três técnicas de fabricação diferentes para criar um novo processo de microfabricação de materiais macios inspirado no origami que vai além do que as abordagens existentes podem alcançar em pequena escala.
“Os menores sistemas robóticos leves ainda tendem a ser muito simples, geralmente com apenas um grau de liberdade, o que significa que eles só podem acionar uma mudança específica na forma ou tipo de movimento”, disse Sheila Russo, coautora do estudo. “Ao desenvolver uma nova tecnologia híbrida que mescla três técnicas de fabricação diferentes, criamos uma aranha robótica macia feita apenas de borracha de silicone com 18 graus de liberdade, abrangendo mudanças de estrutura, movimento e cor, e com recursos minúsculos na faixa micrométrica. ”
Russo ajudou a iniciar o projeto como pós-doutorado no grupo de Robert Wood no Wyss Institute e SEAS e agora é professor assistente na Universidade de Boston.
“No domínio dos dispositivos robóticos leves, esta nova abordagem de fabricação pode abrir caminho para alcançar níveis semelhantes de complexidade e funcionalidade em pequena escala, como aqueles exibidos por suas contrapartes rígidas”, disse Wood, membro principal do corpo docente e co-líder do a plataforma de robótica leve bioinspirada no Wyss Institute e o Charles River Professor de Engenharia e Ciências Aplicadas no SEAS. “No futuro, também pode nos ajudar a emular e compreender as relações estrutura-função em pequenos animais muito melhor do que os robôs rígidos”, acrescentou.
Em seu conceito MORPH – abreviação de Microfluidic Origami for Reconfigurable Pneumatic/Hydrolic devices – a equipe usou pela primeira vez uma técnica de litografia suave para gerar 12 camadas de silicone elástico que constituem a base material da aranha macia. Cada camada é cortada com precisão de um molde com uma técnica de microusinagem a laser e depois colada à camada abaixo para criar a estrutura 3-D áspera da aranha macia.
“Este primeiro sistema MORPH foi fabricado em um processo único e monolítico que pode ser executado em poucos dias e facilmente iterado em esforços de otimização de projeto”, disse o primeiro e autor correspondente Tommaso Ranzani, que iniciou o estudo como pós-doutorado no grupo de Wood e agora também é professor assistente na Universidade de Boston.
“A abordagem MORPH poderia abrir o campo da robótica leve para pesquisadores mais focados em aplicações médicas, onde os tamanhos menores e a flexibilidade desses robôs poderiam permitir uma abordagem inteiramente nova para endoscopia e microcirurgia”, disse o diretor do Wyss Institute, Donald Ingber, que é também Judah Folkman Professor de Biologia Vascular no HMS e do programa de biologia vascular do Boston Children's Hospital, bem como professor de bioengenharia no SEAS.
Autores adicionais do estudo são Nicholas Bartlett, um estudante de pós-graduação da equipe de Wood, e Michael Wehner, ex-bolsista de pós-doutorado de Wood que agora é professor assistente na Universidade da Califórnia, em Santa Cruz.
Para ler o artigo completo, visite o site do Wyss Institute.
O estudo foi financiado pelo Wyss Institute de Harvard, pela Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) e uma bolsa de pós-graduação em ciências e engenharia da defesa nacional.
Referência: “Aumentando a Dimensionalidade de Microestruturas Suaves através do Autodobramento Induzido por Injeção” por Tommaso Ranzani, Sheila Russo, Nicholas W. Bartlett, Michael Wehner e Robert J. Wood, 6 de agosto de 2018, Materiais avançados.
DOI: 10.1002/adma.201802739