p Novas estruturas robóticas impressas em 3-D podem se espremer em espaços apertados, como uma rachadura na parede de uma caverna, pule por cima de um cabo de segurança ou rasteje sob um veículo - todas as funções complexas relevantes para o Exército impossíveis de serem executadas com segurança por humanos. p Investigadores do Instituto de Nanotecnologias de Soldados (ISN) do Exército, localizado no MIT, desenvolveram uma plataforma de impressão 3-D que pode permitir tanto a modelagem quanto o projeto de dispositivos complexos atuados magneticamente. A nova abordagem utiliza uma plataforma de impressão 3-D equipada com um bocal eletroímã e um novo tipo de tinta 3-D imprimível infundida com partículas magnéticas. Suas descobertas podem levar a novas aplicações biomédicas, tinta magnética otimizada para fortalecer a funcionalidade robótica suave, e novos sistemas de materiais flexíveis sob demanda para integração em sistemas de soldados.

p Capacidades robóticas soft e manufatura no ponto de necessidade estão entre as principais prioridades de pesquisa do Exército.

p Esta pesquisa é gerenciada pelo Escritório de Pesquisa do Exército do Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA pela Dra. Aura Gimm.

p "Esta pesquisa forneceu novos insights sobre as maneiras de causar mudanças rápidas nas formas tridimensionais de peças, como membros de robôs. O grupo do MIT demonstrou esse sucesso usando metamateriais auxéticos - materiais compostos sintéticos que têm uma estrutura interna incomum e a propriedade incomum que quando expostos para atuação magnética externa, eles encolheram nas direções longitudinais e transversais. Isso é diferente dos materiais auxéticos típicos que requerem contato mecânico direto, e quando comprimidos eles sofrem contração nas direções perpendiculares à força aplicada (isso é chamado de coeficiente de Poisson negativo). Pelo contrário, os materiais comuns se expandem nas direções ortogonais à carga compressiva. Em um exemplo desta pesquisa, através do controle magnético remoto, eles fizeram com que uma estrutura de metamaterial saltasse 120 mm em 0,7 s, o que é muito rápido para o atual estado da arte. Este salto foi devido a uma rápida liberação de energia potencial elástica e magnética armazenada naquela estrutura. Essas estruturas complexas que se transformam em formas podem ter um grande potencial para o Exército, porque podem ajudar a criar robôs suaves - robôs com membros flexíveis semelhantes a organismos naturais. Em comparação com a geração atual de robôs rígidos, robôs suaves podem se mover com muito mais destreza em um complexo terreno de campo de batalha, "disse o Dr. Alex Hsieh do Laboratório de Pesquisa do Exército.

p Esta tecnologia pode permitir ao futuro Exército fabricar estruturas magnéticas impressas em 3-D que podem rastejar, lista, pule ou agarre em apoio às necessidades relevantes do Exército. Este esforço de pesquisa permite controlar a orientação magnética de novos dispositivos impressos em 3-D para que eles possam se transformar rapidamente em novas formações intrincadas ou se mover conforme várias seções respondem a um campo magnético externo. As funções demonstradas a partir dessas mudanças de forma complexas incluem eletrônicos macios reconfiguráveis, metamaterial mecânico que pode pular e um robô macio que pode rastejar, lista, pegue objetos em movimento rápido ou entregue produtos farmacêuticos.

p Embora outros grupos tenham fabricado materiais ativados magneticamente para realizar movimentos simples, essa nova abordagem permite a modelagem e o projeto de seções de dispositivos controlados magneticamente para executar tarefas complexas de robótica leve relevantes para o Exército.

p A abordagem é baseada na escrita direta com tinta de um compósito de elastômero contendo micropartículas ferromagnéticas e na aplicação de um campo magnético ao bico dispensador durante a impressão. A técnica reorienta as partículas ao longo do campo aplicado para conferir polaridade magnética padronizada aos filamentos impressos. Este método permite aos pesquisadores programar domínios ferromagnéticos em complexos materiais macios impressos em 3-D para permitir um conjunto de modos de transformação anteriormente inacessíveis. A velocidade de atuação e a densidade de potência dos materiais macios impressos com domínios ferromagnéticos programados são ordens de magnitude maiores do que os materiais ativos impressos em 3D existentes.

p "Desenvolvemos uma plataforma de impressão e um modelo preditivo para uso de outros. As pessoas podem projetar sua própria estrutura e padrões de domínio, valide-os com o modelo, e imprimi-los para acionar várias funções. Ao programar informações complexas de estrutura, domínio, e campo magnético, pode-se até imprimir máquinas inteligentes, como robôs, "disse o professor do MIT Xuanhe Zhao, um investigador do ISN do Exército.