Robôs magnéticos andam, rastejam e nadam

3 de agosto de 2023 por MIT News Deixe um comentário

Por Jennifer Michalowski | Escritório de notícias do MIT

Cientistas do MIT desenvolveram robôs minúsculos e de corpo mole que podem ser controlados com um ímã fraco. Os robôs, formados por espirais magnéticas de borracha, podem ser programados para andar, rastejar, nadar – tudo em resposta a um campo magnético simples e fácil de aplicar.

“Esta é a primeira vez que isto foi feito, para poder controlar a locomoção tridimensional de robôs com um campo magnético unidimensional”, diz a professora Polina Anikeeva, cuja equipe publicou um artigo de acesso aberto sobre robôs magnéticos em 3 de junho. na revista Materiais Avançados. “E como eles são predominantemente compostos de polímeros e os polímeros são macios, não é necessário um campo magnético muito grande para ativá-los. Na verdade, é um campo magnético muito pequeno que impulsiona esses robôs”, acrescenta Anikeeva, que é professor de ciência e engenharia de materiais e ciências cerebrais e cognitivas no MIT, investigador associado do Instituto McGovern de Pesquisa do Cérebro, bem como diretor associado do MIT. Laboratório de Pesquisa de Eletrônica e diretor do K. Lisa Yang Brain-Body Center do MIT.

Os novos robôs são adequados para transportar carga em espaços confinados e os seus corpos de borracha são suaves em ambientes frágeis, abrindo a possibilidade de que a tecnologia possa ser desenvolvida para aplicações biomédicas. Anikeeva e sua equipe fizeram seus robôs com milímetros de comprimento, mas ela diz que a mesma abordagem poderia ser usada para produzir robôs muito menores.

Engenharia de robôs magnéticos

Anikeeva diz que até agora, os robôs magnéticos se moviam em resposta a campos magnéticos em movimento. Ela explica que para esses modelos, “se você quer que seu robô ande, seu ímã anda com ele. Se você quiser que ele gire, você gira seu ímã.” Isso limita as configurações nas quais tais robôs podem ser implantados. “Se você está tentando operar em um ambiente realmente restrito, um ímã móvel pode não ser a solução mais segura. Você quer ter um instrumento estacionário que apenas aplique campo magnético a toda a amostra”, explica ela.

Youngbin Lee PhD '22, um ex-aluno de pós-graduação no laboratório de Anikeeva, projetou uma solução para esse problema. Os robôs que ele desenvolveu no laboratório de Anikeeva não são magnetizados uniformemente. Em vez disso, eles são estrategicamente magnetizados em diferentes zonas e direções, de modo que um único campo magnético pode permitir um perfil de forças magnéticas que impulsiona o movimento.

Antes de serem magnetizados, porém, os corpos leves e flexíveis dos robôs devem ser fabricados. Lee inicia esse processo com dois tipos de borracha, cada um com uma rigidez diferente. Eles são prensados ​​juntos, depois aquecidos e esticados em uma fibra longa e fina. Devido às diferentes propriedades dos dois materiais, uma das borrachas mantém a elasticidade durante esse processo de alongamento, mas a outra se deforma e não consegue retornar ao tamanho original. Assim, quando a tensão é liberada, uma camada da fibra se contrai, puxando o outro lado e puxando tudo em uma bobina apertada. Anikeeva diz que a fibra helicoidal é modelada a partir das gavinhas sinuosas de uma planta de pepino, que espiralam quando uma camada de células perde água e se contrai mais rápido do que uma segunda camada.

Um terceiro material – cujas partículas têm potencial para se tornarem magnéticos – é incorporado em um canal que atravessa a fibra de borracha. Assim, uma vez feita a espiral, um padrão de magnetização que permite um tipo específico de movimento pode ser introduzido.

“Youngbin pensou com muito cuidado sobre como magnetizar nossos robôs para torná-los capazes de se mover exatamente como ele os programou para se moverem”, diz Anikeeva. “Ele fez cálculos para determinar como estabelecer tal perfil de forças quando aplicamos um campo magnético que realmente começaria a andar ou rastejar.”

Para formar um robô rastejante semelhante a uma lagarta, por exemplo, a fibra helicoidal é moldada em ondulações suaves e, em seguida, o corpo, a cabeça e a cauda são magnetizados de modo que um campo magnético aplicado perpendicularmente ao plano de movimento do robô fará com que o corpo se mova. comprimir. Quando o campo é reduzido a zero, a compressão é liberada e o robô rastejante se estica. Juntos, esses movimentos impulsionam o robô para frente. Outro robô no qual duas fibras helicoidais semelhantes a pés estão conectadas a uma articulação é magnetizada em um padrão que permite um movimento mais parecido com o de caminhar.