Nos últimos anos, uma classe inteiramente nova de robô - inspirado por formas naturais e construído usando soft, elastômeros flexíveis - tomou o campo de assalto, com designs capazes de prender objetos, andando, e até pular.

No entanto, apesar dessas inovações, os chamados robôs "suaves" ainda carregavam algumas partes "duras".

Em particular, disse Philipp Rothemund, um estudante de doutorado trabalhando no laboratório de Woodford L. e Ann A. Flowers University Professor George Whitesides, a inflação e a deflação dos robôs eram normalmente controladas por válvulas pneumáticas de prateleira - até agora.

Rothemund e seu colega de pós-doutorado Daniel Preston criaram uma válvula flexível que poderia substituir esses componentes rígidos, e pode levar à criação de robôs totalmente soft. A estrutura da válvula também pode ser usada para produzir produtos exclusivos, comportamento oscilatório e pode até ser usado para construir circuitos lógicos suaves. A válvula é descrita em um artigo publicado recentemente em Ciência Robótica .

Além de Rothemund e Preston, o estudo é co-autoria de Alar Ainla, Lee Belding, e Sarah Kurihara do Departamento de Química e Biologia Química, Zhigang Suo, do Instituto Kavli de Ciência e Tecnologia Bionano, e Whitesides.

"As pessoas construíram muitos tipos diferentes de robôs soft ... e todos eles no final são controlados por válvulas rígidas, "Rothemund disse." Nossa ideia era construir essas funções de controle no próprio robô, então não precisaríamos desses duros, partes externas mais. Esta válvula combina duas idéias simples - primeiro, a membrana é semelhante a brinquedos 'popper', e a segunda é que quando você torce esses tubos, é como quando você torce uma mangueira de jardim para bloquear o fluxo de água. "

A válvula demonstrada por Preston e Rothemund é construída em um cilindro separado por uma membrana de silicone, criando uma câmara superior e inferior.

A pressurização da câmara inferior força a membrana a saltar, e liberar a pressão faz com que volte ao seu estado de "repouso". Cada câmara também contém um tubo que pode ser dobrado quando a membrana muda de orientação, efetivamente ligando ou desligando a válvula.

"Qualquer que seja a direção em que esteja, é torcer um tubo acima ou abaixo, "Preston disse." Então, quando for aberto, o tubo inferior está dobrado, e não há fluxo de ar pelo tubo inferior. Quando a membrana aparece, o tubo superior está dobrado, o tubo inferior vai se desfazer, e o ar pode fluir pelo tubo inferior. Podemos alternar entre esses dois estados ... para alternar a saída. "

Em algumas formas, Preston e Rothemund disseram, a válvula representa uma nova abordagem à robótica leve.

Embora a maioria do trabalho em campo até agora tenha se concentrado na função - construir robôs que possam segurar ou atuar como afastadores cirúrgicos macios - Rothemund e Preston veem a válvula como um componente chave que pode ser usado em qualquer número de dispositivos.

"A ideia é que isso funcione com qualquer atuador macio, "Rothemund disse." Isso não responde à questão de como você faz uma garra, mas dá um passo para trás e diz que muitos robôs soft funcionam com o mesmo princípio de inflação e deflação, então todos aqueles robôs poderiam usar esta válvula. "

Preston e Rothemund conseguiram adaptar a válvula para realizar algumas ações, como agarrar um objeto, autonomamente.

Em uma demonstração, Rothemund explicou, a válvula foi construída em uma pinça multifacetada, mas um pequeno respiradouro foi adicionado para permitir que a pressão do ar escapasse da câmara inferior da válvula. Quando a pinça foi baixada para uma bola de tênis, Contudo, a ventilação foi fechada, fazendo com que a câmara inferior se torne pressurizada, ativar a válvula, e colocar a pinça em ação.

"Então, isso integra a função ao robô, "ele disse." As pessoas já fizeram garras antes, mas sempre havia alguém parado ali para ver se a garra estava perto o suficiente para ser ativada. Isso faz isso automaticamente. "

A equipe também foi capaz de construir um sistema de "feedback" que, quando alimentado por um único, pressão constante, fez com que a válvula oscilar rapidamente entre os estados.

Essencialmente, Preston disse, o sistema alimentava a pressão de ar através da câmara superior e na parte inferior. Quando a válvula estalou na posição elevada, cortou a pressão, permitindo que a câmara inferior ventile, liberando a pressão e fazendo com que a membrana volte para a posição inferior, iniciar o ciclo novamente.

"Aproveitamos o fato de que a pressão que faz a membrana virar para cima é diferente da pressão necessária para que ela volte para baixo, "ele explicou." Então, quando alimentamos a saída de volta na própria válvula, obtemos esse comportamento oscilatório. "

Usando esse comportamento, a equipe foi capaz de construir um robô "minhoca" simples, capaz de locomoção com base em uma única válvula recebendo uma única pressão de entrada.

"Então, com uma pressão constante, fomos capazes de obter esse movimento de andar, "Preston disse." Nós não controlamos essa caminhada de forma alguma - apenas inserimos uma única pressão e ela caminha por si mesma. "

Daqui para frente, Rothemund disse, mais trabalho precisa ser feito para refinar ainda mais a válvula para que possa ser otimizada para vários usos e várias geometrias.

"Esta foi apenas uma demonstração com a membrana, "disse ele." Existem muitas geometrias diferentes que mostram este tipo de comportamento biestável ... então agora podemos realmente pensar em projetar isso para que se encaixe em um robô, dependendo do aplicativo que você tem em mente. "

Preston também espera explorar se a válvula - porque está sempre em um de dois estados - poderia ser usada como um tipo de transistor para formar circuitos lógicos.

"É como um transistor de certa forma, "ele disse." Você pode ter uma pressão de entrada e mudar o que a saída vai ser ... nesse sentido, poderíamos pensar sobre isso quase como um bloco de construção para um computador completamente macio. "

Esta história foi publicada como cortesia da Harvard Gazette, Jornal oficial da Universidade de Harvard. Para notícias adicionais da universidade, visite Harvard.edu.