Em um esforço para tornar os robôs mais eficazes e companheiros de equipe versáteis para soldados em combate, Os pesquisadores do Exército estão em uma missão para compreender o valor da funcionalidade de vida molecular dos músculos, e a mecânica fundamental que precisaria ser replicada para atingir artificialmente as capacidades decorrentes das proteínas responsáveis ​​pela contração muscular.

Bionanomotores, como miosinas que se movem ao longo de redes de actina, são responsáveis ​​pela maioria dos métodos de movimento em todas as formas de vida. Assim, o desenvolvimento de nanomotores artificiais pode mudar o jogo no campo da pesquisa robótica.

Pesquisadores do Laboratório de Pesquisa do Exército do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA têm procurado identificar um projeto que permitiria ao nanomotor artificial tirar vantagem do movimento browniano, a propriedade das partículas de se moverem agitadamente simplesmente porque estão quentes.

Os pesquisadores do CCDC ARL acreditam que a compreensão e o desenvolvimento dessa mecânica fundamental são um passo fundamental necessário para a tomada de decisões informadas sobre a viabilidade de novas direções em robótica envolvendo a combinação de biologia sintética, robótica, e dinâmica e engenharia de controles.

The Journal of Biomechanical Engineering recentemente apresentou sua pesquisa.

"Ao controlar a rigidez de diferentes características geométricas de um projeto simples de braço de alavanca, descobrimos que poderíamos usar o movimento browniano para tornar o nanomotor mais capaz de alcançar as posições desejáveis ​​para a criação de movimento linear, "disse Dean Culver, pesquisador da Diretoria de Tecnologia de Veículos da CCDC ARL. "Este recurso em nanoescala se traduz em uma atuação mais eficiente do ponto de vista energético em uma escala macro, significando robôs que podem fazer mais pelo guerreiro por um longo período de tempo. "

De acordo com Culver, as descrições das interações de proteínas na contração muscular são normalmente de nível bastante elevado. Mais especificamente, em vez de descrever as forças que agem sobre uma proteína individual para buscar sua contraparte, funções de taxa prescritas ou empíricas que ditam as condições sob as quais ocorre uma ligação ou um evento de liberação têm sido usadas pela comunidade de pesquisa para replicar esse processo biomecânico.

"Esses modelos de contração muscular amplamente aceitos são semelhantes a uma compreensão caixa-preta de um motor de carro, "Culver disse." Mais gás, mais poder. Ele pesa tanto e ocupa muito espaço. A combustão está envolvida. Mas, você não pode projetar um motor de carro com esse tipo de informação superficial. Você precisa entender como os pistões funcionam, e como a injeção precisa ser ajustada. Essa é uma compreensão do motor em nível de componente. Mergulhamos na mecânica de nível de componente do sistema de proteína construída e mostramos o valor de design e controle da funcionalidade viva, bem como uma compreensão mais clara dos parâmetros de design que seriam a chave para reproduzir sinteticamente essa funcionalidade viva. "

Culver afirmou que a capacidade do movimento browniano de chutar uma partícula amarrada de uma posição elástica desvantajosa para uma vantajosa, em termos de produção de energia para um motor molecular, foi ilustrado pela ARL em um nível de componente, uma etapa crucial no projeto de nanomotores artificiais que oferecem as mesmas capacidades de desempenho que os biológicos.

"Esta pesquisa adiciona uma peça-chave do quebra-cabeça para rápido, robôs versáteis que podem realizar manobras táticas autônomas e funções de reconhecimento, "Culver disse." Esses modelos serão parte integrante do projeto de atuadores distribuídos que são silenciosos, baixa assinatura térmica e eficiência - recursos que tornarão esses robôs mais impactantes no campo. "

Culver observou que eles são silenciosos porque os músculos não fazem muito barulho quando atuam, especialmente em comparação com motores ou servos, frio porque a quantidade de geração de calor em um músculo é muito menor do que um motor comparável, e eficiente por causa das vantagens do modelo de energia química distribuída e fuga potencial via movimento browniano.

De acordo com Culver, a amplitude de aplicações para atuadores inspirados nas máquinas biomoleculares em músculos animais ainda é desconhecida, mas muitos dos espaços de aplicação existentes têm aplicações claras do Exército, como robótica bioinspirada, nanomáquinas e captação de energia.

"A pesquisa fundamental e exploratória nesta área é, portanto, um investimento inteligente para nossas futuras capacidades de guerreiro, "Culver disse.

Seguindo em frente, existem duas extensões principais desta pesquisa.

"Primeiro, precisamos entender melhor como as moléculas, como a partícula amarrada discutida em nosso artigo, interagir uns com os outros em ambientes mais complicados, "Culver disse." No jornal, vemos como uma partícula amarrada pode aproveitar o movimento browniano de forma útil para beneficiar a contração do músculo em geral, mas a partícula neste primeiro modelo está em um ambiente idealizado. Em nossos corpos, está submerso em um fluido que carrega muitos íons diferentes e moléculas portadoras de energia em solução. Essa é a última peça do quebra-cabeça para o motor único, modelos em nanoescala de motores moleculares. "

A segunda extensão, declarou Culver, é repetir este estudo com um modelo 3D completo, pavimentando o caminho para a expansão para projetos práticos.

Também é notável o fato de que, como esta pesquisa é tão recente, Os pesquisadores da ARL usaram esse projeto para estabelecer relações com outros pesquisadores da comunidade acadêmica.

"Apoiar-se na experiência deles será fundamental nos próximos anos, e fizemos um ótimo trabalho ao alcançar membros do corpo docente e pesquisadores de lugares como a Universidade de Washington, Duke University e Carnegie Mellon University, "Culver disse.

De acordo com Culver, levar este projeto de pesquisa para as próximas etapas com a ajuda de parceiros colaborativos levará a enormes capacidades para futuros soldados em combate, um requisito crítico, considerando a natureza do campo de batalha em constante mudança.