Uma equipe de pesquisadores da Califórnia desenvolveu uma pinça robótica que combina as propriedades adesivas dos dedos das lagartixas e a adaptabilidade dos robôs macios movidos a ar para agarrar uma variedade muito maior de objetos do que o estado da arte.

Os pesquisadores apresentarão suas descobertas na Conferência Internacional de Robótica e Automação de 2018, de 21 a 25 de maio em Brisbane, Austrália. A pinça pode levantar até 45 libras. e pode ser usado para agarrar objetos em uma ampla gama de configurações, do chão da fábrica à Estação Espacial Internacional.

As lagartixas são conhecidas como os melhores escaladores da natureza por causa de um sofisticado mecanismo de preensão nos dedos dos pés. Em trabalhos anteriores, pesquisadores da Universidade de Stanford e do Laboratório de Propulsão a Jato recriaram esse mecanismo com um material sintético chamado adesivo inspirado em lagartixa. Este material foi usado principalmente em superfícies planas como paredes. No trabalho atual, pesquisadores uniram forças com engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego. A equipe revestiu os dedos de uma pinça robótica macia com o adesivo lagartixa, permitindo uma compreensão mais firme de uma ampla gama de objetos, incluindo cachimbos e canecas, ao mesmo tempo em que é capaz de lidar com objetos ásperos, como pedras. A pinça também pode agarrar objetos em várias posições, por exemplo, segurar uma caneca em muitos ângulos diferentes.

Os pesquisadores demonstraram que a garra pode agarrar e manipular áspero, objetos porosos e sujos, como as rochas vulcânicas - uma tarefa normalmente desafiadora para os adesivos lagartixas. Ele também foi capaz de pegar pedaços grandes, tubo cilíndrico - uma tarefa normalmente difícil para garras robóticas macias.

"Percebemos que esses dois componentes, soft robótica e adesivos gecko, complementam-se muito bem, "disse Paul Glick, o primeiro autor do artigo e um Ph.D. estudante no Laboratório de Robótica e Design Bioinspired na Escola de Engenharia Jacobs na UC San Diego.

A lagartixa é uma das melhores escaladoras da natureza, graças a milhões de fios microscópicos, com características cerca de 20 a 30 vezes menores que um fio de cabelo humano, que permitem escalar em praticamente qualquer superfície. Os fios de cabelo terminam em minúsculas nanoestruturas que interagem em nível atômico com moléculas da superfície que a lagartixa tenta agarrar. Esta interação, alimentado pelo que é chamado de forças de van der Waals, faz com que os dedos da lagartixa se prendam e se soltem facilmente, conforme necessário. Os pesquisadores do JPL usam materiais sintéticos e arranjos semelhantes de características microscópicas para aproveitar o poder das forças de van der Waals e mostraram que esses adesivos retêm muitas das mesmas propriedades dos dedos dos pés dos animais que os inspiraram.

Como os adesivos gecko são alimentados por interações moleculares entre superfícies, eles funcionam melhor quando têm uma grande área de superfície de contato. Revestir o interior dos dedos robóticos macios com esses adesivos maximiza a quantidade de área de superfície com a qual eles entram em contato, garantindo uma melhor aderência.

A equipe de engenharia resolve dois problemas diferentes neste artigo.

Primeiro, pesquisadores da UC San Diego se empenharam em garantir que os dedos da garra mantivessem contato constante com a superfície de qualquer objeto. Um problema comum com dedos macios movidos a ar é que eles tendem a se projetar no meio quando inflados, reduzindo este contato de superfície.

Glick encontrou um estudo da década de 1970 que forneceu as equações necessárias para resolver o problema no processo de design. Isso permitiu aos pesquisadores fazer com que a pinça aplicasse as forças corretas ao longo de todo o comprimento dos dedos.

Em segundo lugar, os pesquisadores se concentraram em distribuir forças em superfícies que não são planas para otimizar o desempenho de adesivos inspirados em lagartixas. Os pesquisadores descobriram uma maneira de distribuir a força ao longo de um soft, garra flexível, ao mesmo tempo em que mantém a precisão de fabricação exigida para os adesivos.

A equipe fez isso usando um tecido de alta resistência embutido no dedo que pode dobrar facilmente, mas resiste ao alongamento para suportar cargas maiores. Os dedos estão rigidamente presos a uma base, que evita que o silicone facilmente esticável se deforme além do necessário. Esta combinação de materiais macios e rígidos permite que a garra se adapte a muitos objetos enquanto resiste a grandes forças.

Os próprios adesivos gecko são feitos em um processo de três etapas. Um molde adesivo mestre original com milhões de estruturas microscópicas é feito em uma sala limpa usando um processo de fotolitografia. Então, cópias em cera do molde mestre podem ser feitas a baixo custo. Os pesquisadores, então, podem fazer quantas cópias das folhas adesivas do molde de cera quiserem, usando um processo chamado revestimento giratório. Isso permite que eles façam de 10 a 20 folhas adesivas em menos de uma hora. Enquanto isso, a própria pinça robótica macia é fundida em moldes de impressão 3D e é feita de borracha à base de silicone.

Os próximos passos da pesquisa incluem o desenvolvimento de algoritmos de preensão que aproveitam os adesivos, e investigando o uso desta garra para gravidade zero e operações espaciais.