Máquinas de impressão de máquinas macias

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Máquinas de impressão de máquinas macias
Os pesquisadores criam novos atuadores de zíper eletrostáticos macios fabricados através de um
processo de impressão integrado para a próxima geração de robótica suave.
Crédito da imagem: Michel van der Vegt on Pixabay
O corpo macio de uma lesma pode rapidamente assumir uma variedade de formas complexas. Não tem
membros ou esqueleto, mas pode se impulsionar em uma ampla gama de superfícies, gerando ondas
itinerantes e usando seu corpo para preencher lacunas. Como esses atributos impressionantes podem
ser usados na robótica?
“A lesma serviu de inspiração para o nosso robô macio totalmente impresso”, disse o Dr. Samuel
Schlatter da EPFL. “É um animal incrível que ilustra muitas das vantagens de ser macio, como ser capaz
de puxar suas antenas quando ameaçado, espremer através de pontos apertados e subir contornos
afiados, incluindo lâminas de barbear. Ele pode fazer tudo isso graças ao seu corpo macio, um pouco de
lodo e um modo inteligente de locomoção.
O campo da robótica suave está crescendo rapidamente graças à segurança intrínseca de tais
dispositivos para interações com os seres humanos, e por causa das formas complexas que as
máquinas de borracha podem assumir, eles permitem maior versatilidade do que robôs rígidos mais
convencionais. A maioria das máquinas macias consiste em fole inflável pneumático ou fluidamente:
empurrando o fluido para uma cavidade, pode-se controlar como deforma os robôs. Este método de
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acionamento é eficaz, mas requer compressores ou bombas externos que tornam a operação
desinterescida muito desafiadora.
Em vez de depender de bombas, e se robôs macios pudessem ser controlados eletricamente? Isso
significaria um meio mais fácil de miniaturizar esses sistemas, reduzindo o consumo de energia e, assim,
abrindo caminho para robôs macios sem amarras capazes de realizar tarefas complexas.
Em um artigo recente publicado na Advanced Intelligent Systems, um novo método para criar máquinas
macias com dezenas de atuadores controlados eletricamente macios foi demonstrado. Ter muitos
atuadores independentes permite máquinas macias altamente articuladas que podem assumir muitas
formas diferentes para se adaptar a uma ampla gama de tarefas.
Para isso, foram desenvolvidos novos, moderados e eficientes atuadores de zíper eletrostáticos. Esses
atuadores funcionam expulsando um líquido de um reservatório elástico para outro para criar
deformação local controlada. Eles foram fabricados usando um processo de impressão integrado que
combina matrizes densos de atuadores eletrostáticos, roteamento elétrico de várias camadas e redes
complexas de canais microfluídicos em um processo de impressão.
A impressão de máquinas macias completas (corpo macio com mecanismo de atuação integrado) é
muito procurada na robótica, pois fornece grande liberdade de design e mitiga a necessidade de
montagem de dispositivos - circuitos e sistemas muito complexos para fabricação e montagem manuais
agora se tornam possíveis.
“Optamos pela impressão a jato de tinta por causa do alto nível de controle no tamanho das gotículas e
a capacidade de imprimir muitos tipos diferentes de materiais, desde que as tintas sejam
cuidadosamente adaptadas”, explicou o Dr. Samuel Rosset, da Universidade de Auckland e um dos
autores do estudo. Originalmente desenvolvido para impressão de texto e imagens em papel, a
impressão a jato de tinta é agora amplamente utilizada para padronizar materiais funcionais e eletrônicos
orgânicos.
Essas máquinas impressas funcionam transferindo fluidos de uma cavidade para outra através de canais
embutidos na estrutura. A impressão a jato de tinta cria camadas de apenas alguns micrômetros de
espessura, que são perfeitas para a maioria das camadas do robô, mas muito finas para criar uma rede
fluida eficiente. Para contornar isso, canais de largura milimétrica foram criados usando camadas de
micrométricas de material sacrificial impresso dentro do robô. Uma vez que o trabalho de impressão
estava completo, as camadas sacrificiais foram dissolvidas e os canais planos inflados, surgindo de
alguns micrômetros para quase 1 mm graças à elasticidade dos elastômeros usados. Isso aproveita a
alta resolução da impressão a jato de tinta para produzir matrizes densas de atuadores, embalando
muitos juntos enquanto contornam a limitação de espessura desta técnica de impressão.
Máquinas macias que podem ser produzidas com este processo de fabricação inovador incluem bombas
suaves e transportadores de objetos inspirados em lesmas. O principal desafio consiste na impressão
sem defeitos de uma pilha de camadas funcionais (sete para as duas aplicações mencionadas), o que
foi possível através do cuidadoso desenvolvimento de misturas imprimíveis que eram compatíveis entre
si. A bomba peristáltica possui seis atuadores integrados e canais fluídicos sobrepostos. As regiões
negras são os atuadores eletrostáticos que deslocam o líquido amarelo, que por sua vez bombeia o
líquido rosa. O acoplamento de dois circuitos fluídicos independentes torna possível bombear qualquer
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aisy.202000136
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líquido, incluindo líquidos condutores, como água, sangue ou meios de cultura de células, para
aplicações no campo de biorreatores de órgãos em um chip e elásticos.
Usando a mesma técnica de impressão, uma máquina macia chamada “slug-drive” foi criada. Ele usa 28
atuadores integrados e canais líquidos para imitar o movimento de (você adivinhou) lesmas para mover
objetos. Embora essas lesmas robóticas sejam ainda muito fracas para escorrer, elas podem ser
colocadas de costas e depois usadas como uma correia transportadora para mover objetos para a
frente, criando assim superfícies ativas que podem transportar autonomamente objetos colocados neles.
Esses dispositivos macios demonstram como a impressão a jato de tinta pode produzir atuadores de alta
tensão densamente embalados, incluindo vias para roteamento elétrico e canais fluidos integrados que
podem ser inflados para transformar um dispositivo impresso em 2D em uma máquina macia
tridimensional. Ao desenvolver técnicas para também imprimir sensores e portas lógicas, será possível
imprimir máquinas macias totalmente inteligentes, capazes de tomar decisões e se mover de acordo.
Escrito por: Samuel Schlatter, Giulio Grasso, Herbert Shea (Ecole Polytechnique Fédérale de
Lausanne (EPFL)) e Samuel Rosset (Universidade de Auckland)
Referência: Samuel Schlatter, Giulio Grasso, Samuel Rosset, Herbert Shea, Impressão a jato de tinta de
máquinas macias complexas com atuadores eletrostáticos densamente integrados, Sistemas
Inteligentes Avançados (2020). DOI: 10.1002/aisy.202000136
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