Os 'robôs de origami' são robôs suaves e flexíveis de última geração que estão sendo testados para uso em várias aplicações, incluindo administração de drogas em corpos humanos, missões de busca e resgate em ambientes de desastre e braços robóticos humanóides.

Como esses robôs precisam ser flexíveis, muitas vezes são feitos de materiais macios, como papel, plástico e borracha. Para ser funcional, sensores e componentes elétricos são frequentemente adicionados no topo, mas isso adiciona volume aos dispositivos.

Agora, uma equipe de pesquisadores da NUS desenvolveu um novo método de criação de um novo material à base de metal para uso nesses robôs macios.

Combinando metais como platina com papel queimado (cinzas), o novo material tem recursos aprimorados, enquanto mantém as características de dobrabilidade e leveza do papel e plástico tradicionais. Na verdade, o novo material tem metade da luz do papel, o que também o torna mais eficiente em termos de energia.

Essas características tornam este material um forte candidato para fazer membros protéticos flexíveis e leves, que podem ser até 60 por cento mais leves do que suas contrapartes convencionais. Essas próteses podem fornecer detecção de tensão em tempo real para dar feedback sobre o quanto estão flexionando, fornecendo aos usuários um controle mais preciso e informações imediatas - tudo sem a necessidade de sensores externos que, de outra forma, adicionariam peso indesejado à prótese.

Este leve backbone metálico é pelo menos três vezes mais leve do que os materiais convencionais usados ​​para fabricar robôs de origami. Também é mais eficiente em termos de energia, permitindo que robôs de origami trabalhem mais rápido usando 30% menos energia. Além disso, o novo material é resistente ao fogo, tornando-o adequado para a fabricação de robôs que trabalham em ambientes hostis, pois pode suportar a queima a cerca de 800 ° C por até 5 minutos.

Como uma vantagem adicional, o novo material condutor tem recursos de aquecimento geotérmico sob demanda - enviar uma tensão através do material faz com que ele aqueça, o que ajuda a prevenir danos de congelamento quando um robô trabalha em um ambiente frio. Essas propriedades podem ser usadas na criação de luz, Robôs flexíveis de busca e resgate que podem entrar em áreas perigosas enquanto fornecem feedback e comunicação em tempo real.

Descoberta de pesquisa publicada em prestigiosa Ciência Robótica Diário

O material à base de metal é produzido por meio de um novo processo desenvolvido pela equipe denominado 'síntese de modelagem habilitada para óxido de grafeno'. O papel de celulose é primeiro embebido em uma solução de óxido de grafeno, antes de mergulhá-lo em uma solução feita de íons metálicos como a platina. O material é então queimado em um gás inerte, argônio, a 800 ° C e depois a 500 ° C ao ar.

O produto final é uma fina camada de metal - 90 micrômetros (μm), ou 0,09 mm - composto de 70 por cento de platina e 30 por cento de carbono amorfo (cinza) que é flexível o suficiente para dobrar, dobrar, e esticar. Este significativo avanço de pesquisa foi publicado na prestigiosa revista científica Ciência Robótica em 28 de agosto de 2019. Outros metais como ouro e prata também podem ser usados.

O líder da equipe, o professor assistente Chen Po-Yen, usou um molde de celulose recortado na forma de uma fênix para sua pesquisa. "Somos inspirados pela criatura mítica. Assim como a fênix, pode ser transformado em cinzas e renascer para se tornar mais poderoso do que antes, "disse o professor assistente Chen, do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da NUS.

Estrutura condutiva para robôs de origami mais inteligentes

O material da equipe pode funcionar como mecanicamente estável, suave, e backbones condutores que equipam robôs com detecção de deformação e capacidades de comunicação sem a necessidade de componentes eletrônicos externos. Ser condutor significa que o material atua como sua própria antena sem fio, permitindo que ele se comunique com um operador remoto ou outros robôs sem a necessidade de módulos de comunicação externos. Isso expande o escopo dos robôs de origami, tais como trabalhar em ambientes de alto risco (por exemplo, derramamentos de produtos químicos e desastres de incêndio) como robôs desamarrados de controle remoto ou funcionando como músculos artificiais ou braços robóticos humanóides.

"Fizemos experiências com diferentes materiais condutores de eletricidade para finalmente derivar uma combinação única que atinge a detecção de tensão ideal e capacidades de comunicação sem fio. Nossa invenção, portanto, expande a biblioteca de materiais não convencionais para a fabricação de robôs avançados, "disse o Sr. Yang Haitao, Doutoranda do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular e primeira autora do estudo.

Nas próximas etapas de sua pesquisa, O professor assistente Chen e sua equipe estão procurando adicionar mais funções ao backbone metálico. Uma direção promissora é incorporar materiais eletroquimicamente ativos para fabricar dispositivos de armazenamento de energia de forma que o próprio material seja sua própria bateria, permitindo a criação de robôs com alimentação própria. A equipe também está experimentando outros metais, como cobre, o que diminuirá o custo de produção do material.