Os millenniabots atuam como insetos artificiais

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Os millenniabots atuam como insetos artificiais
Robôs em escala milimétrica mostraram imitar o movimento e o comportamento dos insetos vivos para
aplicações avançadas de ciência de materiais, biológicas e biomédicas.
Crédito da imagem: Eijiro Miyako
As espécies biológicas têm sido uma fonte de inspiração para os pesquisadores, especialmente na
robótica, onde a versatilidade e a eficiência são altamente importantes na criação de robôs fluidos
adaptativos. Pode parecer estranho, mas os insetos são de particular interesse, pois, de acordo com os
pesquisadores, eles se movem com um método de locomoção mais avançado e mais facilmente
replicável em comparação com os mamíferos.
“Há um grande interesse em entender e alcançar a manipulação remota de insetos bioinspirados”, diz
Eijiro Miyako, professor associado de química de materiais e bioengenharia no Instituto Avançado de
Ciência e Tecnologia do Japão (JAIST). “A exploração de suas diversas funcionalidades e ações
controláveis e locomotivas oferece aos pesquisadores novas oportunidades para integrar o movimento
avançado em seus robôs.”
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Em um artigo recentemente publicado na Advanced Intelligent Systems, Miyako e sua equipe
desenvolveram robôs em escala milimétrica, chamados milibares, que foram inspirados por insetos e
construídos a partir de materiais multifuncionais que permitiram que a equipe controlasse o movimento e
a função do bot através da luz e aplicasse campos magnéticos. “Os campos leves e magnéticos são
frequentemente usados como uma força motriz forte (ou energia) para o controle remoto de robôs,
porque eles podem facilmente manipular objetos sem qualquer contato”, disse Miyako.
A equipe usou uma combinação de três materiais – magnetita, uma estrutura metal-orgânica chamada
estrutura de imidazolato zeólico (ZIF-8) e politetrafluoroetileno (PTFE) – para dotar os robôs com
características específicas. “A magnetita foi escolhida devido ao seu forte efeito de conversão
fototérmica, ou seja, sua capacidade de converter luz em energia e seu magnetismo inerente para dar
aos insetos sintéticos mobilidade dinâmica”, disse Miyako.
“O PTFE também funciona como uma excelente matriz e proporciona boa estabilidade mecânica à
arquitetura do robô, tornando-o também repelente de água”, acrescentou.
Os milibastros da equipe mostraram efetivamente imitar o comportamento e as propriedades de várias
espécies de insetos, como flutuar e andar sobre a água como um passo aquático, devido à presença de
seu corpo de PTFE à prova d'água. “Seu movimento é impulsionado pela convecção térmica gerada a
partir das poderosas propriedades fototérmicas do nosso milibastro induzido a laser, que promove o
movimento dinâmico em um pequeno disco na interface ar-água”, disse Miyako. “O movimento direcional
do composto era totalmente controlável, perseguindo um disco com um feixe de laser na superfície da
água.”
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A estrutura ZIF-8 dotou os insetos artificiais com uma capacidade única: uma pele quimicamente
modificável. O ZIF-8 é uma classe de estrutura metal-orgânica que tem tamanhos de poros sintonizáveis
e funcionalidade química, que a equipe usou para revestir o quadro do robô. A inspiração veio de
besouros asiáticos mais bombardeiros, que são conhecidos por pulverizar um gás composto de
diferentes produtos químicos para manter seus inimigos à distância. Em um experimento, eles
mostraram que o material poroso poderia absorver ou desorver o dióxido de carbono, que é controlável
através de estímulos externos.
A equipe também demonstrou a capacidade do milibastro de transportar e liberar cargas, o que foi
demonstrado através de “desova artificial” em uma versão sintética do Appasus japonicus, um tipo de
inseto de água gigante. “[Para este experimento], usamos partículas encapsuladas de gelatina de
roetamina B como ovos sintéticos modelo, que foram então montados em um nanocompósito na
estrutura ZIF-8”, disse Miyako. “Usando luz e campos magnéticos, poderíamos controlar o movimento do
‘bug’ e liberar os ovos em quantidades desejadas em locais específicos.”
Este design e funcionalidade controlados representam um trampolim promissor para futuros
desenvolvimentos em ciência dos materiais e robôs biomiméticos. “Além de sua aplicação de biologia
sintética e em furtivar nossa compreensão dos organismos vivos, nossos milibares têm um tremendo
potencial no desenvolvimento de sistemas avançados de entrega de medicamentos. Diferentes
substratos podem ser anexados e liberados seletivamente através de estímulos externos, tornando-os
valiosos para uma série de aplicações biomédicas”, disse Miyako.
Referência: S. Reghu, et al. Design e controle de Millibots bioinspirados. Sistemas Inteligentes
Avançados (2020). DOI: 10.1002/aisy.202000059
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https://doi.org/10.1002/aisy.202000059
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