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Materiais ativos acionados pela água

por Kamila Jessie | 15/07/2019

Materiais dinâmicos e superfícies mais compatíveis com humanos e o ambiente são críticos para aplicações robóticas. Uma pesquisa da Universidade de Columbia mostrou que materiais podem ser fabricados para criar atuadores suaves, ou seja, dispositivos que convertem energia em movimento físico, que são fortes e flexíveis e, o mais importante, resistentes (e responsivos!) à água.

robôs água
Imagem: Columbia University

Por que queremos materiais que interagem com água?

Materiais que respondem à umidade e à água estão surgindo
como alternativas versáteis aos atuadores comumente usados ​​em sistemas
robóticos, devido à facilidade de atuação com gradientes de umidade e
penetração de água no ambiente. A pesquisa permitiu desenvolver um material que
é resistente à água e, ao mesmo tempo, equipado para aproveitar a água para
fornecer a força e o movimento necessários para atuar em sistemas mecânicos.

A maioria dos sistemas robóticos tradicionais é dura, isto é, composta de estruturas metálicas que requerem um computador para funcionar. Os robôs macios são criados com materiais que não usam um “esqueleto” rígido ou eletricidade. Eles são mais simples de fazer e custam menos do que robôs duros. Além disso, são mais capazes de movimentos complexos e mais seguros de serem usados ​​em humanos.

Como funciona esse material?

O material desenvolvido pelos pesquisadores da Columbia é
feito de uma nova combinação de esporos e adesivos. (Sim, esporos são aquelas
unidades produzidas por bactérias que são frequentemente usadas como
suplementos alimentares). Eles fornecem uma alternativa aos materiais, tais
como polímeros sintéticos, comumente usados ​​em atuadores duros e são melhores
que os géis geralmente usados ​​em atuadores macios. Em comparação com o novo
material, os géis são mais lentos para responder, não podem gerar alta potência
ou força e geralmente falham em contato direto com a água.

robôs água
Imagem: Columbia University

Embora os esporos individuais sejam resistentes à água, eles
são tão pequenos que precisam ser unidos por meio de um processo fotoquímico no
qual a luz de alta intensidade instantaneamente os une em um material
compósito. Os pesquisadores empregam uma luz ultravioleta barata e disponível
comercialmente. É a mesma luz que é usada nos salões de beleza para secar
esmaltes mais rápido.

robos água
Imagem: Columbia University

Uma vez seco, o material é empilhado em camadas para formar
uma estrutura microscópica que se expande ou contrai com umidade, produzindo a
força e o movimento do trabalho mecânico. O material é granular, então é como
fazer “folhas” ou superfícies de areia.

Guiado pelo design do padrão, o compósito poroso pode dobrar
e desdobrar em resposta à umidade ou à água em geral. Isso dá aos atuadores
suaves agilidade e adaptabilidade ao ambiente, muito parecidos com os
organismos da natureza.

Possíveis aplicações no futuro:

Claro que, como engenheiros, pensamos de imediato em uma abordagem
utilitarista. Olha só: atuadores feitos a partir do compósito resistente a
umidade e à prova d’água poderiam ser usados ​​para abrir as janelas de um
prédio quando a umidade subir demais, por exemplo.

Outra opção para o material seria adicioná-lo ao tecido em
roupas esportivas para ajudar a suar mais rapidamente.

E aí, mais alguma ideia?

Fonte: Advanced Materials Technology.

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Kamila Jessie

Engenheira ambiental e sanitarista, MSc. e atualmente doutoranda em Engenharia Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo. http://orcid.org/0000-0002-6881-4217