Os robôs costumavam ser restritos ao trabalho pesado ou aos detalhes minuciosos nas fábricas. Agora, o ágil robô de quatro patas da Boston Dynamics, Ver, está disponível para as empresas alugarem para realizar vários trabalhos do mundo real, um sinal de como as interações entre humanos e máquinas se tornaram comuns nos últimos anos.

E embora o Spot seja versátil e robusto, é o que a sociedade pensa como um robô tradicional, uma mistura de metal e plástico rígido. Muitos pesquisadores estão convencidos de que os robôs leves são capazes de interação física segura com as pessoas - por exemplo, fornecer assistência em casa segurando e movendo objetos - se juntará a robôs rígidos para povoar o futuro.

Robótica leve e computadores vestíveis, ambas as tecnologias que são seguras para a interação humana, exigirá novos tipos de materiais que sejam macios e elásticos e desempenhem uma ampla variedade de funções. Meus colegas e eu no Soft Machines Lab da Carnegie Mellon University desenvolvemos esses materiais multifuncionais. Junto com colaboradores, recentemente desenvolvemos um desses materiais que combina com exclusividade as propriedades dos metais, borrachas macias e materiais com memória de forma.

Esses materiais multifuncionais suaves, como os chamamos, conduzir eletricidade, detectar danos e curar-se. Eles também podem sentir o toque e mudar sua forma e rigidez em resposta à estimulação elétrica, como um músculo artificial. De muitas maneiras, é o que os pesquisadores pioneiros Kaushik Bhattacharya e Richard James descreveram:"o material é a máquina".

Fazendo materiais inteligentes

Essa ideia de que o material é a máquina pode ser capturada no conceito de inteligência incorporada. Este termo é geralmente usado para descrever um sistema de materiais que estão interconectados, como tendões no joelho. Ao correr, os tendões podem esticar e relaxar para se adaptar a cada vez que o pé atinge o solo, sem a necessidade de qualquer controle neural.

Também é possível pensar em inteligência incorporada em um único material - um que pode sentir, processar e responder ao seu ambiente sem dispositivos eletrônicos incorporados, como sensores e unidades de processamento.

Um exemplo simples é a borracha. No nível molecular, borracha contém cadeias de moléculas que são enroladas e ligadas entre si. Esticar ou comprimir a borracha move e desenrola as cordas, mas seus elos forçam a borracha a retornar à sua posição original sem deformar permanentemente. A capacidade da borracha de "conhecer" sua forma original está contida na estrutura do material.

Uma vez que os materiais de engenharia do futuro adequados para a interação homem-máquina exigirão multifuncionalidade, pesquisadores tentaram construir novos níveis de inteligência incorporada - além de apenas esticar - em materiais como borracha. Recentemente, meus colegas de trabalho criaram circuitos de autocura embutidos em borracha.

Eles começaram dispersando gotículas de metal líquido em microescala envoltas em uma "pele" eletricamente isolante em toda a borracha de silicone. Em seu estado original, a fina camada de óxido de metal da pele impede que as gotículas de metal conduzam eletricidade.

Contudo, se a borracha embutida em metal for submetida a força suficiente, as gotículas se rompem e se aglutinam para formar caminhos eletricamente condutores. Quaisquer linhas elétricas impressas nessa borracha se autocuram. Em um estudo separado, eles mostraram que o mecanismo de autocura também pode ser usado para detectar danos. Novas linhas elétricas se formam nas áreas que estão danificadas. Se um sinal elétrico passar, que indica o dano.

A combinação de metal líquido e borracha deu ao material uma nova rota para sentir e processar seu ambiente, isto é, uma nova forma de inteligência incorporada. O rearranjo do metal líquido permite que o material "saiba" quando o dano ocorreu devido a uma resposta elétrica.

A memória de forma é outro exemplo de inteligência incorporada em materiais. Isso significa que os materiais podem mudar reversivelmente para uma forma prescrita. Materiais com memória de forma são bons candidatos para movimento linear em robótica suave, capaz de se mover para frente e para trás como o músculo bíceps. Mas eles também oferecem recursos exclusivos e complexos de mudança de forma.

Por exemplo, dois grupos de cientistas de materiais demonstraram recentemente como uma classe de materiais pode se transformar reversivelmente de uma folha plana semelhante a borracha em um mapa topográfico 3-D de uma face. É um feito que seria difícil com motores e engrenagens tradicionais, mas é simples para esta classe de materiais devido à inteligência incorporada do material. Os pesquisadores usaram uma classe de materiais conhecida como elastômeros de cristal líquido, que às vezes são descritos como músculos artificiais porque podem se estender e se contrair com a aplicação de um estímulo como o calor, luz, ou eletricidade.

Juntando tudo

Ao inspirar-se no composto de metal líquido e no material que se transforma em forma, meus colegas e eu criamos recentemente um composto macio com multifuncionalidade sem precedentes.

É macio e extensível, e pode conduzir calor e eletricidade. Ele pode mudar ativamente sua forma, ao contrário da borracha normal. Uma vez que nosso composto conduz eletricidade facilmente, a transformação de forma pode ser ativada eletricamente. Por ser macio e deformável, também é resiliente a danos significativos. Porque pode conduzir eletricidade, o composto pode interagir com a eletrônica tradicional e responder dinamicamente ao toque.

Além disso, nosso composto pode se curar e detectar danos de uma maneira totalmente nova. O dano cria novas linhas eletricamente condutoras que ativam a transformação do material. O composto responde contraindo-se espontaneamente quando perfurado.

No filme "Terminator 2:Dia do Julgamento, "o andróide T-1000 que muda de forma pode liquefazer; pode mudar de forma, cor, e textura; é imune a danos mecânicos; e exibe força sobre-humana. Um robô tão complexo requer materiais multifuncionais complexos. Agora, materiais que podem sentir, processar e responder ao seu ambiente como se essas composições que se transformam em forma estão começando a se tornar uma realidade.

Mas, ao contrário do T-1000, esses novos materiais não são uma força do mal - eles estão abrindo caminho para dispositivos auxiliares macios, como próteses, robôs companheiros, tecnologias de exploração remota, antenas que podem mudar de forma e muitos outros aplicativos que os engenheiros ainda nem imaginaram.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.