Uma equipe interdisciplinar de cientistas e engenheiros da Universidade de Minnesota Twin Cities desenvolveu um processo de extrusão inspirado em plantas, o primeiro de seu tipo, que permite o crescimento de material sintético. A nova abordagem permitirá que os pesquisadores construam robôs macios melhores que podem navegar em lugares de difícil acesso, terrenos complicados e áreas potencialmente dentro do corpo humano.
O artigo foi publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), uma revista científica revisada por pares, multidisciplinar e de alto impacto.

"Esta é a primeira vez que esses conceitos foram fundamentalmente demonstrados", disse Chris Ellison, principal autor do artigo e professor do Departamento de Engenharia Química e Ciência de Materiais da Universidade de Minnesota Twin Cities. "Desenvolver novas formas de fabricação são primordiais para a competitividade do nosso país e para trazer novos produtos para as pessoas. No lado robótico, os robôs estão sendo usados ​​cada vez mais em ambientes perigosos e remotos, e esses são os tipos de áreas em que isso funciona pode ter um impacto."

A robótica macia é um campo emergente onde os robôs são feitos de materiais macios e flexíveis, em oposição aos rígidos. Robôs de crescimento suave podem criar novo material e "crescer" à medida que se movem. Essas máquinas podem ser usadas para operações em áreas remotas onde os humanos não podem ir, como inspecionar ou instalar tubos subterrâneos ou navegar dentro do corpo humano para aplicações biomédicas.

Os atuais robôs de crescimento suave arrastam um rastro de material sólido atrás deles e podem usar calor e/ou pressão para transformar esse material em uma estrutura mais permanente, assim como uma impressora 3D é alimentada com filamento sólido para produzir seu produto moldado. No entanto, a trilha de material sólido fica mais difícil de contornar curvas e curvas, dificultando a navegação dos robôs em terrenos com obstáculos ou caminhos sinuosos.

A equipe da Universidade de Minnesota resolveu esse problema desenvolvendo um novo meio de extrusão, um processo em que o material é empurrado por uma abertura para criar uma forma específica. O uso desse novo processo permite que o robô crie seu material sintético a partir de um líquido em vez de um sólido.

"Ficamos realmente inspirados em como as plantas e os fungos crescem", disse Matthew Hausladen, primeiro autor do artigo e Ph.D. estudante do Departamento de Engenharia Química e Ciência de Materiais da Universidade de Minnesota Twin Cities. “Pegamos a ideia de que plantas e fungos adicionam material no final de seus corpos, seja nas pontas das raízes ou em seus novos brotos, e traduzimos isso para um sistema de engenharia”.

As plantas usam a água para transportar os blocos de construção que se transformam em raízes sólidas à medida que a planta cresce para fora. Os pesquisadores conseguiram imitar esse processo com material sintético usando uma técnica chamada fotopolimerização, que usa a luz para transformar monômeros líquidos em material sólido. Usando esta tecnologia, o robô macio pode navegar mais facilmente por obstáculos e caminhos sinuosos sem ter que arrastar nenhum material sólido atrás dele.

Este novo processo também tem aplicações na fabricação. Como a técnica dos pesquisadores usa apenas líquido e luz, as operações que usam calor, pressão e maquinário caro para criar e moldar materiais podem não ser necessárias.

"Uma parte muito importante deste projeto é que temos cientistas de materiais, engenheiros químicos e engenheiros robóticos envolvidos", disse Ellison. "Ao juntar todos os nossos diferentes conhecimentos, nós realmente trouxemos algo único para este projeto, e estou confiante de que nenhum de nós poderia ter feito isso sozinho. Este é um ótimo exemplo de como a colaboração permite aos cientistas abordar questões fundamentais realmente difíceis problemas e ao mesmo tempo ter um impacto tecnológico."

Além de Ellison e Hausladen, a equipe de pesquisa incluiu os pesquisadores do Departamento de Engenharia Química e Ciência dos Materiais da Universidade de Minnesota, Boran Zhao (pesquisador de pós-doutorado) e Lorraine Francis (Professor Distinto da Faculdade de Ciências e Engenharia); e os pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Minnesota, Tim Kowalewski (professor associado) e Matthew Kubala (aluno de pós-graduação). + Explorar mais

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