Princeton cria robôs sem motores com elastômeros líquido-cristalinos e eletrônica integrada

Desenvolvimento de Princeton usa elastômeros líquido-cristalinos e eletrônica integrada para permitir que robôs se movam por deformação controlada do material

Robôs macios buscam movimentos contínuos e a capacidade de mudar de forma, mas, na prática, quase sempre dependem de motores volumosos ou de sistemas externos, como bombas de ar. Para contornar essa limitação, engenheiros de Princeton criaram robôs híbridos (macios e rígidos) que dispensam motores e também não precisam de bombas pneumáticas.

A equipa combinou um material impresso específico - um elastômero líquido-cristalino - com eletrônica flexível e impressão 3D. Assim, os robôs passam a mover-se a partir do aquecimento controlado do polímero, reduzindo a dependência de componentes mecânicos sujeitos a desgaste.

Demonstração com robô em forma de garça de origami

Como prova de conceito, os pesquisadores construíram um robô no formato de uma garça de origami. Quando submetida a um campo elétrico, a garça começa a bater as asas, executando sequências de movimento programáveis. A abordagem aponta novas possibilidades de uso na robótica macia.

Impressão 3D e padrões no elastômero líquido-cristalino

Com uma impressora 3D, a equipa fabricou o polímero já com zonas de padrões definidos. Por se tratar de um elastômero líquido-cristalino, as moléculas do polímero organizam-se numa estrutura ordenada.

Ao programar a impressão, os pesquisadores orientaram as moléculas em direções específicas, formando dobradiças incorporadas no próprio material. Quando aquecidas, essas dobradiças curvavam-se de maneira previsível, o que gerava o movimento do robô.

Eletrônica flexível nos “joints” e controlo em malha fechada

A eletrônica flexível foi integrada diretamente nas dobradiças do material: a maleabilidade das placas de circuito impresso permitiu que elas fossem embutidas no corpo do robô. O sistema foi concebido para aquecer regiões determinadas do polímero, enquanto sensores de temperatura integrados viabilizaram um controlo em malha fechada, permitindo respostas em tempo real.

Para tornar o movimento mais preciso e repetível, a equipa reforçou as áreas entre as dobradiças com painéis finos de fibra de vidro, fixados às placas flexíveis. Com isso, o robô conseguiu movimentar-se sem recorrer a motores.

Modelos inspirados em origami e ferramenta disponível no GitHub

Para comandar ações como dobrar e desdobrar, foram usados modelos matemáticos baseados em padrões de origami. David Bershadsky, coautor do trabalho da University of Texas, afirmou: “A principal contribuição é a integração entre ciência dos materiais e robótica com foco na viabilidade de fabricação”.

Bershadsky também criou uma ferramenta de software, disponível no GitHub, que ajuda a projetar robôs próprios. O recurso incorpora dados do artigo publicado na revista Advanced Materials, facilitando testes, experiências e o avanço do desenvolvimento.