um gafanhoto

Oct 09, 2023

RUPENDRA BRAHAMBHATT - 11 de março de 2023 12h55 UTC

Super-humanos não existem no mundo real, mas algum dia você poderá ver super-robôs. Obviamente, os robôs podem ser feitos mais fortes, mais rápidos e melhores do que os humanos, mas você acha que há um limite para o quanto podemos torná-los melhores?

Graças aos desenvolvimentos contínuos em ciência de materiais e robótica leve, os cientistas estão desenvolvendo novas tecnologias que podem permitir que futuros robôs ultrapassem os limites da biologia não humana. Por exemplo, uma equipe de pesquisadores da University of Colorado Boulder desenvolveu recentemente um material que poderia dar origem a robôs macios capazes de saltar 200 vezes acima de sua própria espessura. Os gafanhotos, um dos saltadores mais surpreendentes da Terra, podem saltar no ar apenas até 20 vezes o comprimento de seu corpo.

Apesar de superar os insetos, os pesquisadores por trás do material de salto semelhante a borracha dizem que se inspiraram nos gafanhotos. Semelhante ao inseto, o material armazena grande quantidade de energia na área e depois libera tudo de uma vez ao dar um salto.

O filme semelhante a borracha é composto de elastômeros de cristal líquido (LCEs), materiais especiais compostos por redes de polímeros reticulados. Eles exibem propriedades de elastômeros (usados ​​para fazer pneus, adesivos e robôs macios) e cristais líquidos (usados ​​para fazer telas de TV, músculos artificiais e microrobôs) e são altamente responsivos a diferentes estímulos externos. No geral, os LCEs são atuadores mais fortes, mais flexíveis e melhores do que os elastômeros convencionais.

A primeira autora do estudo, Tayler Hebner, e seus colegas estavam examinando LCEs e sua capacidade de mudança de forma. Eles não tinham intenção de criar um robô saltador naquele momento, mas observaram um comportamento interessante dos LCEs. "Estávamos apenas observando o elastômero de cristal líquido assentar na placa quente, imaginando por que não estava fazendo a forma que esperávamos. De repente, ele saltou do estágio de teste para a bancada", disse Hebner em um comunicado à imprensa.

Ao entrar em contato com o local quente, o material primeiro se deformou e virou e, de repente, nos próximos seis milissegundos, saltou no ar a uma altura de cerca de 200 vezes sua espessura.

Os pesquisadores perceberam que os LCEs respondem ao calor, o que levou ao desenvolvimento do material semelhante ao gafanhoto. Ao comentar essas descobertas, Hamed Shahsavan, especialista em ciência de materiais da Universidade de Waterloo, que não participou do estudo, disse à Ars Technica: "Os LCEs geralmente respondem ao calor ou à luz. Este trabalho também usa calor para gerar a energia necessário para a deformação e salto de LCEs."

Segundo os pesquisadores, o material parecido com um gafanhoto é composto por três camadas de elastômero e cristais líquidos. Quando o material é aquecido, as camadas de elastômero começam a encolher, mas a taxa de encolhimento é mais rápida nas duas camadas superiores, que são menos rígidas que a camada inferior. Enquanto isso, os cristais líquidos também começam a se contrair. Como resultado dessas mudanças desproporcionais, uma formação em forma de cone aparece perto das pernas na parte de trás do corpo do robô.

O robô tem quatro pernas presas aos quatro cantos: duas pernas curtas na frente e duas longas na parte de trás. Segundo os pesquisadores, em comparação com as pernas curtas, as pernas traseiras mais longas oferecem um ponto de contato mais alto, fazendo com que a força de encaixe levante o material no ângulo desejado.

Uma grande quantidade de energia é armazenada no cone e isso leva à instabilidade mecânica do filme. À medida que o LCE é aquecido, a formação em forma de cone se inverte rapidamente e o material é lançado no ar. Os autores do estudo observam: "O empacotamento concêntrico de orientação em cada um dos LCEs programa uma mudança de forma direcional em um cone. No entanto, a variação na resposta do LCE e as propriedades mecânicas dos materiais mostram introduzir uma instabilidade temporal que se manifesta como um snap-through em um filme independente."