Princeton cria robôs sem motores com elastómeros de cristais líquidos e eletrónica integrada

Desenvolvimento de Princeton usa elastómeros de cristais líquidos e eletrónica integrada, permitindo que robôs se movam através da deformação controlada do material

Engenheiros de Princeton criaram robôs híbridos, a meio caminho entre o macio e o rígido, que dispensam motores e até bombas de ar. Ao recorrerem a um elastómero de cristais líquidos e a princípios inspirados no origami, conseguiram construir máquinas capazes de se deslocar explorando a própria deformação do material, sem desgaste associado a mecanismos tradicionais.

Os robôs macios procuram movimentos suaves e uma grande capacidade de mudar de forma, mas, na prática, costumam depender de motores volumosos ou de sistemas externos. A equipa de Princeton contornou essa limitação com um material de impressão específico - um elastómero de cristais líquidos - combinado com eletrónica flexível e impressão 3D, obtendo robôs que se movimentam graças ao aquecimento controlado do polímero.

Demonstração com um origami: o robô em forma de grua

Como prova de conceito, os investigadores construíram um robô com a forma de uma grua de origami. Quando sujeito a um campo elétrico, o “pássaro” começa a bater as asas e consegue executar sequências de movimentos programáveis. A abordagem abre novas possibilidades de aplicação dentro da robótica macia.

Elastómero de cristais líquidos: dobradiças embutidas por orientação molecular

Com o apoio de uma impressora 3D, a equipa imprimiu o polímero com zonas de padrões definidos. Por se tratar de um elastómero de cristais líquidos, as moléculas do material organizam-se numa estrutura ordenada. Ao programarem a impressão, os investigadores fizeram com que as moléculas se orientassem em direções específicas, criando dobradiças integradas no próprio corpo do robô. Quando essas regiões eram aquecidas, as dobradiças fletiam de forma previsível, gerando o movimento.

Eletrónica flexível no material e controlo em circuito fechado

A eletrónica flexível foi incorporada diretamente nas dobradiças: a maleabilidade das placas de circuito impresso permitiu integrá-las no material sem comprometer a deformação. O sistema foi concebido para aquecer áreas selecionadas do polímero, enquanto sensores de temperatura embutidos garantiam um controlo em circuito fechado, permitindo que o robô reagisse em tempo real.

Para assegurar movimentos exatos e repetíveis, a equipa reforçou as zonas entre dobradiças com painéis finos de fibra de vidro, fixados às placas flexíveis. Esta solução possibilitou que o robô se movesse sem qualquer motor.

Padrões de origami, modelos matemáticos e ferramenta no GitHub

Para comandar movimentos como dobrar e desdobrar, foram usados modelos matemáticos baseados em padrões de origami. David Bershadsky, coautor do trabalho e investigador da Universidade do Texas, acrescentou: «O principal contributo - é a integração da ciência dos materiais e da robótica com foco nas possibilidades de fabrico».

Bershadsky desenvolveu ainda uma ferramenta de software, disponível no GitHub, que ajuda a criar robôs personalizados. O recurso integra dados do artigo publicado na revista Advanced Materials, facilitando experiências, testes e o avanço de futuras iterações do projeto.