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Próxima geração de robôs será macio ao toque humano

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Pesquisadores constroem um atuador suave de salto rápido.

A flambagem, a súbita perda de estabilidade estrutural, geralmente é coisa de pesadelos de engenharia. A flambagem mecânica significa falha catastrófica para todos os sistemas estruturais, de foguetes a suflês. Foi o que causou o derramamento de óleo da Deepwater Horizon em 2010, entre vários outros desastres.

Mas, como qualquer pessoa que já tenha brincado com um popper de brinquedo, a flambagem também libera muita energia. Quando a estrutura de um popper se dobra, a energia liberada pela instabilidade faz o brinquedo voar pelo ar. Agora, pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS) e do Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada de Harvard aproveitaram essa energia e usaram a flambagem a seu favor para construir um atuador macio inflável e em movimento rápido.

Science Robotics

“Os robôs macios têm um enorme potencial para uma ampla gama de aplicações, desde ferramentas cirúrgicas e exoesqueletos minimamente invasivos até garras de armazém e complementos de videogame”, disse Benjamin Gorissen, pós-doutorado no SEAS e co-primeiro autor do artigo. “Mas as aplicações para os atuadores flexíveis de hoje são limitadas por sua velocidade”.

Os atuadores moles fluidos tendem a demorar a ligar e mover porque precisam de muito fluido para funcionar e o fluxo, seja de gás ou líquido, é restringido por tubos e válvulas no dispositivo.

“Neste trabalho, mostramos que podemos aproveitar instabilidades elásticas para superar essa restrição, permitindo dissociar a entrada lenta da saída e criar um atuador macio fluídico de salto rápido”, disse David Melancon, estudante de graduação da SEAS e companhia. primeiro autor do artigo.

“Este atuador é um bloco de construção que pode ser integrado a um sistema robótico totalmente flexível para fornecer aos robôs que já podem engatinhar, caminhar e nadar a capacidade de pular”, disse Katia Bertoldi, Professora de Mecânica Aplicada William e Ami Kuan Danoff na SEAS e autor sênior do estudo. “Ao incorporar nosso jumper nesses projetos, esses robôs podem navegar com segurança por paisagens desconhecidas”.

Bertoldi também é membro da Faculdade Associada do Wyss Institute.

Os pesquisadores usaram o mesmo tipo de flambagem que impulsiona os brinquedos, conhecidos como flambagem. A equipe projetou os atuadores com duas tampas esféricas – essencialmente duas poppers – aninhadas como bonecas russas e conectadas na base. Com a inflação, a pressão aumenta entre os dois limites. A tampa externa mais fina se expande enquanto a tampa interna mais grossa se dobra e cai, atingindo o chão e catapultando o dispositivo para o ar.

Embora o dispositivo pareça simples, entender a física fundamental em jogo foi fundamental para controlar e otimizar o desempenho do robô. A maioria das pesquisas anteriores sobre flambagem de conchas estudou como evitá-la, mas Gorissen, Melancon e o restante da equipe queriam aumentar a instabilidade.

Como o destino queria, um dos pioneiros da pesquisa de flambagem de conchas fica a apenas dois andares da equipe de Bertoldi em Pierce Hall. O professor emérito John W. Hutchinson, que ingressou na faculdade de Harvard em 1964, desenvolveu algumas das primeiras teorias para caracterizar e quantificar as estruturas da concha de flambagem.

“Nossa pesquisa apresenta uma perspectiva diferente sobre algumas das teorias [de Hutchinson] e isso nos permite aplicá-las a um domínio de pesquisa diferente”, disse Gorissen.

“Foi bom poder receber feedback de um dos pioneiros em campo”, disse Melancon. “Ele desenvolveu a teoria para evitar falhas e agora a usamos para acionar flambagem”.

Usando teorias estabelecidas, bem como ferramentas de simulação numérica mais recentes, os pesquisadores foram capazes de caracterizar e ajustar a relação do volume de pressão entre as duas conchas para desenvolver um robô flexível capaz de liberar rapidamente uma quantidade específica de energia repetidamente. A abordagem pode ser aplicada a qualquer forma e tamanho. Pode ser usado em tudo, desde um pequeno dispositivo médico para perfurar uma veia ou em grandes robôs exploratórios para atravessar terrenos irregulares.

A pesquisa foi de co-autoria de Nikolaos Vasios e Mehdi Torbati. Foi apoiado em parte pela National Science Foundation através das doações DMR-1420570 e DMR-1922321.

Fonte pesquisa:  Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

Referência:

  1. Benjamin Gorissen, David Melancon, Nikolaos Vasios, Mehdi Torbati, Katia Bertoldi. Jumper macio inflável inspirado no encaixe da concha . Robótica Científica , 2020; 5 (42): eabb1967 DOI: 10.1126 / scirobotics.abb1967
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Paulo Fernando De Barros

Colunista e editor para a Noruega em Duna Press Jornal e Magazine, reportando os assuntos e informações sobre atualidades culturais, sócio-políticas e econômicas da região.
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