Os roboticistas estão imaginando um futuro no qual soft, robôs inspirados em animais podem ser implantados com segurança em ambientes de difícil acesso, como dentro do corpo humano ou em espaços que são muito perigosos para os humanos trabalharem, em que robôs rígidos não podem ser usados ​​atualmente. Robôs macios de tamanhos centimétricos foram criados, mas até agora não foi possível fabricar robôs flexíveis multifuncionais que possam se mover e operar em escalas menores.

Uma equipe de pesquisadores do Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia de Harvard, Escola Harvard John A. Paulson de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS), e a Boston University agora superou esse desafio desenvolvendo um processo de fabricação integrado que permite o projeto de robôs macios na escala milimétrica com recursos na escala micrométrica. Para demonstrar os recursos de sua nova tecnologia, eles criaram uma aranha robótica macia - inspirada na colorida aranha pavão australiana de tamanho milimétrico - a partir de um único material elástico com modelagem corporal, movimento, e recursos de cor. O estudo é publicado em Materiais avançados .

"Os menores sistemas robóticos soft ainda tendem a ser muito simples, geralmente com apenas um grau de liberdade, o que significa que eles só podem acionar uma mudança particular na forma ou tipo de movimento, "disse Sheila Russo, Ph.D., co-autor do estudo. Russo ajudou a iniciar o projeto como um pós-doutorado no grupo de Robert Wood no Wyss Institute e SEAS e agora é professor assistente na Boston University. "Ao desenvolver uma nova tecnologia híbrida que combina três técnicas de fabricação diferentes, criamos uma aranha robótica macia feita apenas de borracha de silicone com 18 graus de liberdade, abrangendo mudanças na estrutura, movimento, e cor, e com pequenos recursos na faixa do micrômetro. "

Madeira, Ph.D., é um membro do corpo docente e co-líder da plataforma Bioinspired Soft Robotics no Wyss Institute e o professor Charles River de Engenharia e Ciências Aplicadas no SEAS. "No reino dos dispositivos robóticos suaves, esta nova abordagem de fabricação pode abrir caminho para a obtenção de níveis semelhantes de complexidade e funcionalidade em pequena escala, como aqueles exibidos por suas contrapartes rígidas. No futuro, também pode nos ajudar a emular e entender as relações estrutura-função em pequenos animais muito melhor do que robôs rígidos podem, " ele disse.

Em seu Origami microfluídico para dispositivos pneumáticos / hidráulicos reconfiguráveis ​​(MORPH), a equipe primeiro usou uma técnica de litografia suave para gerar 12 camadas de um silicone elástico que, juntas, constituem a base do material da aranha macia. Cada camada é cortada com precisão de um molde com uma técnica de microusinagem a laser, e, em seguida, ligado ao abaixo para criar a estrutura 3-D áspera da aranha mole.

A chave para transformar essa estrutura intermediária no projeto final é uma rede pré-concebida de canais microfluídicos ocos integrados em camadas individuais. Com uma terceira técnica conhecida como auto-dobramento induzido por injeção, pressurizado um conjunto desses canais microfluídicos integrados com uma resina curável do lado de fora. Isso induz camadas individuais, e com eles também suas camadas vizinhas, para dobrar localmente em sua configuração final, que é fixado no espaço quando a resina endurece. Por aqui, por exemplo, o abdômen inchado da aranha mole e as pernas curvadas para baixo tornam-se características permanentes.

"Podemos controlar com precisão esse processo de dobramento semelhante ao origami, variando a espessura e a consistência relativa do material de silicone adjacente aos canais em diferentes camadas ou por corte a laser em diferentes distâncias dos canais. Durante a pressurização, os canais, então, funcionam como atuadores que induzem uma mudança estrutural permanente, "disse o primeiro e correspondente autor Tommaso Ranzani, Ph.D., que começou o estudo como um pós-doutorado no grupo de Wood e agora também é professor assistente na Universidade de Boston.

O conjunto restante de canais microfluídicos integrados foi usado como atuadores adicionais para colorir os olhos e simular os padrões de cor abdominal das espécies de aranha pavão, fluindo fluidos coloridos; e para induzir movimentos semelhantes aos de caminhada nas estruturas das pernas. "Este primeiro sistema MORPH foi fabricado em um único, processo monolítico que pode ser realizado em poucos dias e facilmente iterado em esforços de otimização de projeto, "disse Ranzani.

"A abordagem MORPH pode abrir o campo da robótica suave para pesquisadores que estão mais focados em aplicações médicas, onde os tamanhos menores e a flexibilidade desses robôs podem permitir uma abordagem inteiramente nova para endoscopia e microcirurgia, "disse o Diretor Fundador do Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., Ph.D.