Os pesquisadores criaram um novo tipo de pequeno robô impresso em 3-D que se move aproveitando a vibração de atuadores piezoelétricos, fontes de ultrassom ou até mesmo alto-falantes minúsculos. Enxames desses "robôs de micro-cerdas" podem trabalhar juntos para sentir as mudanças ambientais, mova materiais - ou talvez um dia conserte ferimentos dentro do corpo humano.

Os robôs protótipos respondem a diferentes frequências de vibração, dependendo de suas configurações, permitindo que os pesquisadores controlem os bots individuais ajustando a vibração. Com aproximadamente dois milímetros de comprimento - aproximadamente o tamanho da menor formiga do mundo - os bots podem cobrir quatro vezes seu próprio comprimento em um segundo, apesar das limitações físicas de seu pequeno tamanho.

"Estamos trabalhando para tornar a tecnologia robusta, e temos muitos aplicativos em potencial em mente, "disse Azadeh Ansari, professor assistente na Escola de Engenharia Elétrica e de Computação do Georgia Institute of Technology. “Estamos trabalhando na interseção da mecânica, eletrônicos, biologia e física. É uma área muito rica e com muito espaço para conceitos multidisciplinares. ”

Um artigo que descreve os micro-bristle-bots foi aceito para publicação no Journal of Micromechanics and Microengineering . A pesquisa foi apoiada por uma bolsa semente do Instituto de Eletrônica e Nanotecnologia da Georgia Tech. Além de Ansari, a equipe de pesquisa inclui o professor associado Jun Ueda da Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff e os alunos de pós-graduação DeaGyu Kim e Zhijian (Chris) Hao.

Os micro-cerdas consistem em um atuador piezoelétrico colado em um corpo de polímero que é impresso em 3-D usando litografia de polimerização de dois fótons (TPP). O atuador gera vibração e é alimentado externamente porque nenhuma bateria é pequena o suficiente para caber no bot. As vibrações também podem vir de um agitador piezoelétrico abaixo da superfície na qual os robôs se movem, de uma fonte de ultrassom / sonar, ou mesmo de um minúsculo alto-falante acústico.

As vibrações movem as pernas elásticas para cima e para baixo, impulsionando o micro-bot para frente. Cada robô pode ser projetado para responder a diferentes frequências de vibração, dependendo do tamanho da perna, diâmetro, design e geometria geral. A amplitude das vibrações controla a velocidade com que os micro-bots se movem.

"À medida que os micro-bristle-bots se movem para cima e para baixo, o movimento vertical é traduzido em um movimento direcional, otimizando o design das pernas, que se parecem com cerdas, "explicou Ansari." As pernas do micro-robô são projetadas com ângulos específicos que permitem que eles se dobrem e se movam em uma direção em resposta ressonante à vibração. "

Os micro-bristle-bots são feitos em uma impressora 3-D usando o processo TPP, uma técnica que polimeriza um material de resina de monômero. Uma vez que a parte do bloco de resina atingida pela luz ultravioleta foi quimicamente desenvolvida, o restante pode ser lavado, deixando a estrutura robótica desejada.

"É mais escrita do que litografia tradicional, "Ansari explicou." Você fica com a estrutura que você escreve com um laser no material de resina. O processo agora leva um certo tempo, por isso, estamos procurando maneiras de aumentá-lo para criar centenas ou milhares de micro-bots de uma vez. "

Alguns dos robôs têm quatro pernas, enquanto outros têm seis. O primeiro autor, DeaGyu Kim, fez centenas de estruturas minúsculas para determinar a configuração ideal.

Os atuadores piezoelétricos, que usam o titanato de zirconato de chumbo (PZT), vibrar quando a voltagem elétrica é aplicada a eles. Ao contrário, eles também podem ser usados ​​para gerar uma tensão, quando eles são vibrados, uma capacidade que os micro-bristle-bots podem usar para ligar os sensores a bordo quando eles são acionados por vibrações externas.

Ansari e sua equipe estão trabalhando para adicionar capacidade de direção aos robôs, juntando dois micro-bots com cerdas ligeiramente diferentes. Como cada um dos micro-bots unidos responderia a diferentes frequências de vibração, a combinação pode ser dirigida variando as frequências e amplitudes. "Depois de ter um micro-robô totalmente dirigível, você pode se imaginar fazendo muitas coisas interessantes, " ela disse.

Outros pesquisadores trabalharam em micro-robôs que usam campos magnéticos para produzir movimento, Ansari observou. Embora isso seja útil para mover enxames inteiros de uma vez, as forças magnéticas não podem ser facilmente usadas para lidar com robôs individuais dentro de um enxame. Os micro-bristle-bots criados por Ansari e sua equipe são considerados os menores robôs movidos por vibração.

Os micro-cerdas-bots têm aproximadamente dois milímetros de comprimento, 1,8 milímetros de largura e 0,8 milímetros de espessura, e pesar cerca de cinco miligramas. A impressora 3-D pode produzir robôs menores, mas com uma massa reduzida, as forças de adesão entre os dispositivos minúsculos e uma superfície podem ficar muito grandes. As vezes, os micro-bots não podem ser separados das pinças usadas para recolhê-los.

Ansari e sua equipe construíram um "playground" no qual vários micro-bots podem se mover enquanto os pesquisadores aprendem mais sobre o que podem fazer. Eles também estão interessados ​​em desenvolver micro-bots que possam pular e nadar.

“Podemos observar o comportamento coletivo das formigas, por exemplo, e aplicamos o que aprendemos com eles aos nossos pequenos robôs, "ela acrescentou." Esses micro-robôs de cerdas andam bem em um ambiente de laboratório, mas há muito mais que teremos que fazer antes que eles possam sair para o mundo exterior. "