Uma folha circular fina e inicialmente plana de elastômero com eletrodos incorporados se transforma em uma forma de sela. Crédito:o Clarke Lab / Harvard SEAS
Sistemas mecânicos, como motores e motores, dependem de dois tipos principais de movimentos de componentes rígidos:movimento linear, que envolve um objeto movendo-se de um ponto a outro em linha reta; e movimento rotacional, que envolve um objeto girando em um eixo.
A natureza desenvolveu formas muito mais sofisticadas de movimento - ou atuação - que podem executar funções complexas de forma mais direta e com componentes suaves. Por exemplo, nossos olhos podem mudar o ponto focal simplesmente contraindo os músculos moles para mudar o formato da córnea. Em contraste, câmeras focam movendo lentes sólidas ao longo de uma linha, manualmente ou por um autofoco.
Mas e se pudéssemos imitar mudanças de forma e movimentos encontrados na natureza?
Agora, pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson desenvolveram um método para alterar a forma de uma folha plana de elastômero, usando atuação que é rápida, reversível, controlável por uma tensão aplicada, e reconfigurável em diferentes formas.
A pesquisa foi publicada em Nature Communications .
"Vemos este trabalho como o primeiro passo no desenvolvimento de um software material de mudança de forma que muda de forma de acordo com os sinais de controle elétrico de um computador, "disse David Clarke, o Extended Tarr Family Professor of Materials no SEAS e autor sênior do artigo. "Isso é semelhante aos primeiros passos dados na década de 1950 para criar circuitos integrados de silício, substituindo circuitos feitos de discretos, componentes individuais. Assim como esses circuitos integrados eram primitivos em comparação com as capacidades da eletrônica de hoje, nossos dispositivos têm uma arquitetura tridimensional simples, mas integrada de condutores elétricos e dielétricos, e demonstrar os elementos de reconfiguração programável, para criar mudanças de forma grandes e reversíveis. "
Uma folha circular fina e inicialmente plana de elastômero se transforma em uma forma de cúpula com base na qual conjuntos de eletrodos são ligados ou desligados. Crédito:the Clarke Lab / Harvard SEAS
A folha de elastômero reconfigurável é composta por várias camadas. Eletrodos baseados em nanotubos de carbono de diferentes formas são incorporados entre cada camada. Quando uma tensão é aplicada a esses eletrodos, um campo elétrico espacialmente variável é criado dentro da folha de elastômero que produz mudanças desiguais na geometria do material, permitindo que ele se transforme em uma forma tridimensional controlável.
Diferentes conjuntos de eletrodos podem ser ligados independentemente, permitindo formatos diferentes com base em quais conjuntos de eletrodos estão ligados e quais estão desligados.
“Além de ser reconfigurável e reversível, essas atuações que mudam a forma têm uma densidade de força semelhante à dos músculos naturais, "disse Ehsan Hajiesmaili, primeiro autor do artigo e estudante de pós-graduação no SEAS. “Essa funcionalidade pode transformar a maneira como os dispositivos mecânicos funcionam. Existem exemplos de dispositivos atuais que poderiam fazer uso de deformações mais sofisticadas para funcionar de forma mais eficiente, como espelhos ópticos e lentes. Mais importante, este método de atuação abre a porta para novos dispositivos que são considerados muito complicados para perseguir devido às deformações complexas necessárias, como um aerofólio que se transforma em forma. "
Uma folha circular fina e inicialmente plana de elastômero se transforma em uma forma de sela com base na qual conjuntos de eletrodos são ligados ou desligados. Crédito:o Clarke Lab / Harvard SEAS
Nesta pesquisa, a equipe também previu as formas de atuação, dado o projeto do arranjo do eletrodo e a tensão aplicada. Próximo, os pesquisadores visam resolver o problema inverso:dada a forma de atuação desejada, qual é o design dos eletrodos e a voltagem necessária que irá causar isso?
