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, fortes e flexíveis e, o mais importante, resistentes (e responsivos!) à água.

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.

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.

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.

Kamila Jessie

Doutora em Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo (EESC/USP) e Mestre em Ciências pela mesma instituição; é formada em Engenharia Ambiental e Sanitária pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG) com período sanduíche na University of Ottawa, no Canadá; possui experiência em tratamentos físico-químicos de água e efluentes; atualmente, integra o Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica (CePOF) do Instituto de Física de São Carlos (USP), onde realiza estágio pós-doutoral no Biophotonics Lab.