Nos últimos 30 anos, pesquisadores estudaram materiais atuantes que podem alterar reversivelmente seu volume sob vários estímulos, a fim de desenvolver robôs micro e biomiméticos, músculos artificiais e dispositivos médicos.

Uma equipe de engenharia mecânica liderada pelo Professor Alfonso Ngan Hing-wan, Professor titular de Ciência e Engenharia de Materiais, e Kingboard Professor em Engenharia de Materiais, Faculdade de Engenharia, a Universidade de Hong Kong (HKU) publicou um artigo em Ciência Robótica em 30 de maio de 2018 (EST), que apresenta um novo material de atuação - hidróxido de níquel-oxihidróxido - que pode ser alimentado por luz visível, eletricidade, e outros estímulos. O acionamento pode ser disparado instantaneamente pela luz visível para produzir uma deformação rápida e exercer uma força equivalente a 3.000 vezes seu próprio peso. O custo do material de um atuador típico é tão baixo quanto HKD 4 por cm2 e pode ser facilmente fabricado em três horas.

Materiais de atuação induzidos por luz são altamente desejáveis ​​porque permitem a operação sem fio de robôs. Contudo, muito poucos materiais movidos a luz estão disponíveis, e seus custos de material e produção são altos, dificultando seu desenvolvimento para aplicações reais.

O desenvolvimento de materiais atuantes foi identificado como nº 1 entre os 10 grandes desafios da Ciência Robótica . A pesquisa em materiais atuantes pode mudar radicalmente o conceito de robôs, que agora são principalmente movidos a motor. Portanto, materiais que podem ser acionados por estímulos sem fio, incluindo uma mudança na temperatura, umidade, campos magnéticos e luz é um dos principais focos de pesquisa nos últimos anos. Em particular, um material que pode ser acionado por luz visível e produz forte, uma atuação rápida e estável nunca foi alcançada. O novo sistema de material atuante, hidróxido-oxihidróxido de níquel, que pode ser acionado por luz visível em intensidade relativamente baixa para produzir alto estresse e velocidade comparável aos músculos esqueléticos de mamíferos foi desenvolvido nesta pesquisa iniciada por engenheiros em HKU.

Além de suas propriedades de atuação de luz visível, este novo sistema de material também pode ser acionado por eletricidade para integração na tecnologia robótica existente. Ele também responde a mudanças de calor e umidade, de modo que podem ser potencialmente aplicados em máquinas autônomas que aproveitam essas pequenas mudanças de energia no ambiente. Como o principal componente é o níquel, o custo do material é baixo.

A fabricação envolve apenas eletrodeposição, que é um processo simples, e o tempo necessário para a fabricação gira em torno de três horas. Portanto, o material pode ser facilmente ampliado e fabricado na indústria.

O recém-inventado hidróxido-oxihidróxido de níquel responde à luz quase instantaneamente e produz uma força correspondente a cerca de 3.000 vezes o seu próprio peso (Figura 1).

Quando integrado a uma estrutura bem projetada, um "mini braço" feito por duas dobradiças de materiais atuantes pode levantar facilmente um objeto 50 vezes de seu peso (Figura 2). De forma similar, usando um bloqueador de luz, os pesquisadores fizeram um mini robô ambulante no qual apenas a perna da frente se dobra e se endireita alternadamente e, portanto, se move sob iluminação de modo que pode caminhar em direção à fonte de luz (Figura 3). Estes demonstram que futuras aplicações em micro-robótica, incluindo robôs de resgate, e possivel.

As evidências acima revelaram que este material atuador de hidróxido de níquel-oxi-hidróxido pode ter diferentes aplicações no futuro, incluindo robôs de resgate ou outros mini-robôs. As propriedades de atuação intrínsecas dos materiais obtidos na pesquisa mostram que, aumentando a escala de fabricação, músculos artificiais comparáveis ​​aos músculos esqueléticos de mamíferos podem ser alcançados.

Do ponto de vista científico, este material de atuação de hidróxido de níquel oxihidróxido é o primeiro sistema de material do mundo que pode ser atuado diretamente por luz visível e eletricidade sem quaisquer procedimentos adicionais de fabricação. Isso também abre um novo campo de pesquisa sobre o comportamento de atuação induzido pela luz para hidróxidos-oxi-hidróxidos, que nunca foi relatado antes.