TECNOLOGIA

A arte de dobrar robôs

Inspirados na técnica japonesa do origami, cientistas criam máquinas que assumem a forma final apenas depois de receberem estímulo elétrico. A técnica pode criar equipamentos mais fáceis de transportar e beneficiar a indústria de satélites

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postado em 08/08/2014 12:54

O pequeno robô sai do formato plano, no qual é impresso, e ganha a forma tridimensional com o estímulo elétrico aplicado nas ligas com memória de forma (Seth Kroll, Wyss Institute/Divulgação) 
O pequeno robô sai do formato plano, no qual é impresso, e ganha a forma tridimensional com o estímulo elétrico aplicado nas ligas com memória de forma


Engenheiros norte-americanos desenvolveram uma técnica de fabricação de robôs baseada na antiga arte japonesa do origami. Assim como as formas que nascem do papel, a máquina construída nos laboratórios de Harvard e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) salta do mundo bidimensional para a terceira dimensão através de simples dobraduras. Esse salto, aliás, é bastante literal: é possível ver a placa de papelão pular enquanto dobra sozinha suas quatro pernas e, depois, sai rastejando como um inseto. O método, descrito na revista Science desta semana, pode simplificar os passos de fabricação de máquinas, além de permitir a criação de dispositivos que mudam de forma de acordo com a necessidade.

O projeto usa uma combinação de ligas com memória de forma que se contraem quando estimuladas. O material é usado nas dobraduras do robô, e eletrodos se encarregam de acionar a transformação, aquecendo as articulações. Depois que a máquina já está montada, o polímero esfria e as juntas endurecem novamente. O robô leva quatro minutos para assumir sua forma final e é capaz de fazer curvas e andar sozinho a uma velocidade de 5,4cm/s.

Os pesquisadores começaram a trabalhar na técnica há uma década, com estruturas pequenas demais para serem montadas a mão. “Aumentamos gradativamente a complexidade do que podemos fazer. Ao mesmo tempo, percebemos que a montagem por dobradura pode ser muito útil para criar robôs”, conta Rob Wood, professor da Universidade de Harvard e principal autor do trabalho. Há alguns meses, o grupo divulgou o conceito de robôs que ficam prontos depois de “cozidos” no calor. O aprimoramento do método permite que a máquina monte cada articulação por vez, a uma temperatura ambiente.

O novo projeto foi feito em um programa de criação de origamis desenvolvido no MIT e testado em certa de 40 protótipos impressos em uma máquina especial e recortados a laser. Depois, Wood e sua equipe adicionaram à placa de papelão e plástico dois motores, um par de baterias e um microcontrole. Além do trabalho manual usado na primeira fase de montagem, o robô usa a energia equivalente a uma pilha comum para completar o serviço e tomar forma por conta própria.

Prático
O protótipo levou duas horas para ficar pronto, mas esse tempo poderia ser bastante reduzido com sistemas automáticos e materiais especialmente desenvolvidos para o processo. Os pesquisadores ressaltam que a fabricação de um robô desse tipo poderia ser mais rápida e barata que a impressão 3D. Eles calculam que o modelo de teste tenha custado em torno de R$ 200.

O método também poderia ser usado para facilitar a fabricação e o transporte de máquinas, que só ganhariam a forma final quando chegassem ao seu destino. A automontagem poderia beneficiar, ainda, os equipamentos de resgate, que precisam ter acesso a espaços limitados, e satélites, que poderiam ser lançados em um formato mais compacto.

O pesquisador do MIT Erik Dermaine ressalta que o origami computacional, como é chamada a criação de algoritmos para criar formas por meio de dobraduras, tem sido explorado há quase 20 anos. “Isso levou a uma revolução no campo do origami artístico, mas também aumentou a quantidade de aplicações na ciência e na engenharia”, comenta Dermaine, que também participou do estudo. “Robôs são uma ótima aplicação para a dobradura, porque eles são tradicionalmente difíceis e caros de se fabricar na sua forma 3D”, acredita o especialista.



"Aumentamos gradativamente a complexidade do que podemos fazer. Ao mesmo tempo, percebemos que a montagem por dobradura pode ser muito útil para criar robôs”
Rob Wood, professor da Universidade de Harvard
Resistência nanométrica


Falhas na técnica de dobradura conferem mais resistência a materiais  (Itai Cohen/Divulgação) 
Falhas na técnica de dobradura conferem mais resistência a materiais


A arte do origami também inspirou novos tipos de materiais. Pesquisadores descobriram que os padrões de dobradura interferem na resistência da estrutura, permitindo a fabricação de matérias que mudam de propriedade depois de fabricadas. A aplicação do origami em escala nanométrica permitiria a criação desses metamateriais programáveis.

A ideia foi testada em um conhecido modelo de origami chamado Miura-ori. A dobradura sanfonada foi criada por um cientista japonês para a fabricação de células solares espaciais e permite que uma superfície se dobre em vários pontos com um único movimento e depois seja expandida no sentido contrário. O padrão entrelaçado também é encontrado em algumas folhas e partes do corpo, como o intestino.

A propriedade de transformação do padrão Miura é usada em várias aplicações, mas os pesquisadores descobriram que o efeito de compressão é modificado quando a dobradura tem um pequeno defeito no seu padrão zigue-zague. Basta empurrar um dos vértices da trama para a direção contrária para criar os “defeitos de estalo”, que garantem mais resistência à estrutura.

Quanto mais defeitos, mais rígido é o material. “Quando os defeitos são colocados próximos uns aos outros, a interação cria um comportamento que diminui a rigidez”, ressalta Jesse Silverberg, físico da Universidade de Cornell. A posição das imperfeições poderia ser programada e modificada de acordo com as necessidades do projeto.

Já existem matérias-primas que mudam de forma ou tamanho com mudanças de temperatura, pressão ou campo magnético e que seriam ideais para a criação de “defeitos” estratégicos em estruturas de origami nanométrico. Um estímulo elétrico seria o suficiente para acionar os gatilhos estruturais e mudar a rigidez do material quando necessário. “Como os metamateriais inspirados em origamis estão apenas começando a ser explorados, ninguém conhece a variedade de comportamentos que existem nessas estruturas. É possível que outros padrões se comportem como metamateriais programáveis”, especula Silverberg. (RM)



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Veja o vídeo do robô de origami tomando forma e se movendo. Confira também instruções para fazer uma dobradura Miura.
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