Como o origami inspira inovações em robótica
Manipular padrões de dobradura em materiais flexíveis permite alterar a sua rigidez, e o potencial desta solução na prática é imenso
Desenvolver uma mão robótica, capaz de levantar objetos pesados ou gentilmente segurar artigos leves, é um desafio na indústria. A engenharia por trás dessa tecnologia envolve conjuntos complexos de engrenagens, dobradiças e motores. No entanto, é possível obter um resultado muito parecido com folhas de materiais flexíveis e dobras nos locais corretos, sob padrões calculados.
Um laboratório da Universidade do Arizona desenvolveu padrões de dobraduras em curva que podem alterar a rigidez de um objeto. Materiais flexíveis moldados com esses padrões podem ser usados para fazer garras robóticas, robôs nadadores e outros dispositivos mecânicos simples e baratos.
As pessoas variam naturalmente a rigidez em suas mãos para manusear objetos frágeis ou resistentes de forma adequada. Os robôs interagem com o ambiente da mesma maneira. A dobra curva é uma maneira simples de dar aos robôs a capacidade de variar a quantidade de rigidez que usam para interagir com diferentes objetos e ambientes.
Esta solução foi inspirada pelo origami, a arte da dobradura. Dependendo da dobra que é feita no papel, a escultura fica mais rígida ou mais flexível. No entanto, esta técnica não é eficiente para navegar entre os meio-termos de uma gama de flexibilidade.
A fim de manipular essa particularidade física em dispositivos mecânicos, os pesquisadores do laboratório decidiram substituir os padrões retos do origami por uma sequência de dobraduras curvas. Então, foi descoberto que cada formato obtido tinha sua própria rigidez única, diferente dos demais.
Construir uma mão robótica com base neste conceito permite que ela aplique diferentes quantidades de força aos objetos, dependendo em qual padrão de curvatura o objeto dobra. Comparado com outros métodos de rigidez variável, este projeto é simples e compacto, o que significa que pode ser usado para fazer dispositivos pequenos e leves.
Qual o valor desta descoberta?
Alterar a rigidez de materiais é uma capacidade inerente à maioria das formas de vida da natureza e uma variável chave na engenharia. Uma pinça robótica para serviço pesado precisa de alta rigidez ou baixa flexibilidade para levantar objetos pesados. Outras garras de robô precisam de baixa rigidez ou alta flexibilidade para manipular objetos frágeis.
Mudar entre um estado rígido e um estado flexível é essencial na robótica, mas os sistemas de rigidez ajustável de hoje são pouco compactos e não podem ser usados em micro-robôs ou soft-robots. Micro-robôs incluem dispositivos do tamanho de insetos que monitoram detalhes de infraestrutura e o meio ambiente, por exemplo. Já os soft-robots em desenvolvimento são feitos de materiais infláveis ou flexíveis, o que os torna mais seguros para uso na sociedade.
Os designs de origami curvos têm uma estrutura mecânica simples, são baratos de fabricar e fáceis para controlar. Portanto, a técnica deve ter grande impacto para estes dois segmentos da robótica.
O trabalho dos pesquisadores de Arizona com padrões curvos em origami é uma evolução de duas pesquisas anteriores do mesmo grupo. O laboratório desenvolve soluções inspiradas na arte da dobradura para baterias extensíveis de lítio-íon e para materiais que são auto instaláveis e autodestrutivos.
Agora, o grupo busca implementar funções de controle remoto para acionar a dobradura em padrão curvo de forma a controlar a rigidez de materiais. Em teoria, esta técnica pode ir além de dispositivos robóticos e impactar outros segmentos. Uma possibilidade é desenvolver wearables que simulem a sensação de fazer força, por meio do controle de rigidez, para promover sensação mais autêntica em experiências em realidade virtual, por exemplo.
Esta é uma tradução de um artigo publicado originalmente no The Conversation em 18 de novembro de 2020.
