Robot Caterpillar demonstra nova abordagem de locomoção para Soft Robotics

Feb 24, 2024

Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte demonstraram um robô macio semelhante a uma lagarta que pode se mover para frente, para trás e mergulhar em espaços estreitos. O movimento do robô-lagarta é impulsionado por um novo padrão de nanofios de prata que usam calor para controlar a maneira como o robô se curva, permitindo aos usuários dirigi-lo em qualquer direção.

“O movimento de uma lagarta é controlado pela curvatura local de seu corpo – seu corpo se curva de maneira diferente quando se puxa para frente e quando se empurra para trás”, diz Yong Zhu, autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e o Andrew A. Adams. Distinto Professor de Engenharia Mecânica e Aeroespacial na NC State. “Nós nos inspiramos na biomecânica da lagarta para imitar essa curvatura local e usamos aquecedores de nanofios para controlar curvatura e movimento semelhantes no robô-lagarta.

“A engenharia de robôs leves que podem se mover em duas direções diferentes é um desafio significativo na robótica leve”, diz Zhu. “Os aquecedores de nanofios incorporados nos permitem controlar o movimento do robô de duas maneiras. Podemos controlar quais seções do robô dobram controlando o padrão de aquecimento no robô macio. E podemos controlar até que ponto essas seções se dobram controlando a quantidade de calor aplicada.”

O robô Caterpillar consiste em duas camadas de polímero, que respondem de maneira diferente quando expostas ao calor. A camada inferior encolhe ou contrai quando exposta ao calor. A camada superior se expande quando exposta ao calor. Um padrão de nanofios de prata está embutido na camada de polímero em expansão. O padrão inclui vários pontos de ligação onde os pesquisadores podem aplicar uma corrente elétrica. Os pesquisadores podem controlar quais seções do padrão de nanofios aquecem aplicando uma corrente elétrica em diferentes pontos de chumbo, e podem controlar a quantidade de calor aplicando mais ou menos corrente.

“Demonstramos que o robô-lagarta é capaz de avançar e recuar”, diz Shuang Wu, primeiro autor do artigo e pesquisador de pós-doutorado na NC State. “Em geral, quanto mais corrente aplicássemos, mais rápido ela se moveria em qualquer direção. No entanto, descobrimos que havia um ciclo ideal, que dava tempo ao polímero para arrefecer – permitindo efetivamente que o “músculo” relaxasse antes de se contrair novamente. Se tentássemos fazer o ciclo do robô-lagarta muito rapidamente, o corpo não teria tempo de ‘relaxar’ antes de se contrair novamente, o que prejudicava seu movimento.”

Os pesquisadores também demonstraram que o movimento do robô Caterpillar poderia ser controlado até o ponto em que os usuários pudessem orientá-lo sob uma lacuna muito baixa – semelhante a guiar o robô para passar por baixo de uma porta. Em essência, os pesquisadores poderiam controlar o movimento para frente e para trás, bem como a altura em que o robô se inclinava para cima em qualquer ponto do processo.

“Essa abordagem para impulsionar o movimento em um robô macio é altamente eficiente em termos energéticos e estamos interessados ​​em explorar maneiras de tornar esse processo ainda mais eficiente”, diz Zhu. “Os próximos passos adicionais incluem a integração desta abordagem à locomoção de robôs leves com sensores ou outras tecnologias para uso em diversas aplicações – como dispositivos de busca e resgate.”

O artigo, “Robô de rastreamento suave inspirado na Caterpillar com atuação térmica programável distribuída”, foi publicado na revista de acesso aberto Science Advances. O artigo foi coautor de Jie Yin, professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial na NC State; Yaoye Hong, Ph.D. estudante da NC State; e por Yao Zhao, pesquisador de pós-doutorado na NC State.

O trabalho foi realizado com apoio da National Science Foundation, sob bolsas 2122841, 2005374 e 2126072; e dos Institutos Nacionais de Saúde, sob o número de concessão 1R01HD108473.

-marinheiro-

Nota aos editores:O resumo do estudo segue.

“Robô de rastreamento suave inspirado na Caterpillar com atuação térmica programável distribuída”

Autores: Shuang Wu, Yaoye Hong, Yao Zhao, Jie Yin e Yong Zhu, Universidade Estadual da Carolina do Norte