O primeiro oscilador de anel macio faz com que robôs macios rolem e ondulem

Robôs macios nem sempre podem competir com os mais difíceis. Seus irmãos rígidos dominam as linhas de montagem, fazem backflips, dançam ao “Uptown Funk”, voam, mergulham e andam pelos vulcões.

Mas a cada ano, robôs flexíveis ganham novas habilidades. Eles aprenderam a pular, se contorcer e agarrar. E eles podem lidar com tomates sem machucar a fruta, emergir incólume após serem atropelados por um carro e viajar pela radiação, zonas de desastre e espaço sideral, tudo sem os desafios que seus colegas mais duros enfrentam. Para pessoas e animais, eles têm uma "função cooperativa": um toque suave.

Recentemente, pesquisadores do laboratório de George M. Whitesides, professor da Universidade Woodford L. e Ann A. Flowers, inventaram substituições suaves para as últimas peças duras necessárias para a construção de um robô. Em vez de eletricidade e fios, o ar pressurizado se expande e contrai infláveis ​​de borracha para criar movimento, as válvulas macias assumem o controle e a lógica digital macia replica os mesmos recursos de um computador eletrônico.

Agora, as últimas inovações do pesquisador de pós-doutorado Daniel J. Preston oferecem a esses robôs novos e complexos movimentos. Como primeiro autor de um estudo publicado no final do mês passado na Science Robotics, ele apresenta o primeiro oscilador de anel macio, que dá a essas máquinas a capacidade de rolar, ondular, classificar, medir líquidos e engolir.

"É outra ferramenta do kit de ferramentas para tornar esses robôs inteligentes e macios sem nenhum material eletrônico e sem válvulas rígidas", diz Preston.

Até agora, os osciladores de anel eram feitos com transistores eletrônicos ou microfluídicos. A eletrônica sempre exige componentes rígidos. A maioria dos microfluídicos também. Muitos usam vidro para seus sistemas pressurizados de água ou ar. O oscilador de anel pneumático em escala macro da Preston depende de inversores e ar. Eles manipulam a pressão do ar nos tubos de borracha de seu robô: se a entrada for de alta pressão, a saída será de baixa pressão e vice-versa. Quando três ou outros números ímpares de portões são conectados em um anel, o turno de um portão aciona o próximo, o que aciona o próximo, e assim por diante.

“A resposta legal que você obtém ao combinar um número ímpar desses inversores em um loop é uma instabilidade que viaja ao redor do loop”, diz Preston. Ele o compara a um Slinky que cai para descer um lance de escadas, criando um ritmo constante sem a necessidade de mais um empurrão.

Para testar o que o oscilador de anel flexível poderia fazer, Preston e sua equipe criaram cinco protótipos. Cada um usa uma fonte única e constante de pressão do ar para acionar três atuadores pneumáticos (os inversores).

Um protótipo cutuca uma bola em torno de um anel. Outro ondula um palco para manter contas de dois tamanhos diferentes rolando contra a borda. Eventualmente, todas as contas menores caem através de um buraco na lateral do palco. Eles se resolvem.

"O oscilador de anel é realmente bom para coisas como movimentos de rolamento", diz Preston. O rolamento requer coordenação de várias ações no tempo. Uma única entrada e saída não será suficiente. Por exemplo, para fazer o robô de espuma hexagonal rolar para a frente, o oscilador de anel ajuda a inflar um balão atrás do robô e a esvaziar um na frente ao mesmo tempo. O empurrar e soltar coordenados deslocam o hexágono para frente uma e outra vez, à medida que os balões inflam e desinflam em perfeita sincronia.

Ainda outro protótipo fornece um propósito mais tangível. Uma luva de tecido, enrolada na perna e presa com velcro, exerce pressão coordenada, “bombeando” fluido pela perna. De acordo com estudos recentes, esse movimento de bombeamento melhora os sintomas de linfedema e doença venosa crônica melhor do que a simples compressão. O dispositivo também pode ajudar enfermeiras, garçons e policiais a prevenir trombose venosa profunda, resultado de longos turnos com os pés cansados.

Antes de iniciar os ensaios clínicos para a manga, a equipe quer avaliar o interesse. Se um número suficiente de pessoas desejar uma maneira mais fácil e barata de aliviar e prevenir os sintomas, o produto poderá encontrar um mercado grande o suficiente para merecer mais pesquisas.

O baixo custo dos materiais da Preston - elastômeros de silicone semelhantes a borracha - os tornam ideais para mais do que apenas cuidados domésticos baratos. Versões biocompatíveis, descartáveis, gentis e estéreis podem ser usadas para experimentos de laboratório, administração de medicamentos ou até dispositivos médicos dentro do corpo como uma manga que ajuda o batimento cardíaco desenvolvido pelos pesquisadores do Harvard e do Boston Children's Hospital. O protótipo final de Preston pode classificar três líquidos coloridos diferentes com base em uma sequência e tempo predeterminados, uma ferramenta que pode ser útil para os químicos.

Preston espera que sua inovação resulte em muito mais aplicações do que as que ele demonstrou em seus cinco protótipos. Como o artigo explica como replicar e personalizar o design, ele espera que outros laboratórios encontrem ainda mais usos. "As pessoas podem usar o oscilador de anel flexível para muitas aplicações diferentes em robótica eletrônica, algumas das quais talvez ainda nem pensássemos ou imaginássemos".