Manipular Hidrogel Pode Aumentar a Agilidade e Versatilidade da Robótica Moderna

A new estudo publicado na revista científica Physical Review Letters revela um “fenômeno microscópico” que permite ao hidrogel contrair mais rapidamente. A descoberta, chamada Teoria Poroelástica Contínua, pode ter grandes implicações para muitas indústrias, incluindo a robótica macia. Ela pode ser a chave para tornar esses dispositivos mais leves e ágeis. Veja o que você precisa saber.

Hidrogel

O hidrogel é um material flexível, impermeável à água, composto por cadeias poliméricas densas. Essas cadeias podem absorver fluidos e retê-los de forma eficiente. Quando nesse estado, o hidrogel é composto principalmente por água. Os hidrogéis podem então liberar os fluidos armazenados e contrair-se sob estímulo. Esse estímulo pode ser químico, como alterações no pH, ou atmosférico, como mudanças de temperatura ou de campo.

O hidrogel tem características macias e flexíveis e pode ser encontrado em seu gel capilar, pasta de dente, cosméticos e outras soluções ricas em água. Também é comumente usado na área da saúde para curativos, tratamento de queimaduras e mais. Para robôs, ele pode servir como um substituto confiável para alternativas mais pesadas, como plásticos.

Hidrogel Melhora Robôs Não‑Conformes

Robôs não‑conformes, ou robôs macios, são feitos de vários materiais dobráveis, permitindo que realizem tarefas únicas. Esses dispositivos projetados especificamente podem se encaixar em espaços apertados, navegar em ruínas complexas e até ajudar na entrega de medicamentos. Segundo os pesquisadores, os hidrogéis poderiam substituir borrachas e componentes hidráulicos em robôs macios no futuro.
Robôs macios têm uma grande vantagem sobre seus equivalentes rígidos em certas aplicações. Primeiro, eles podem se conformar para distribuir sua pressão em uma área maior, permitindo um toque mais suave. Quando essas vantagens são combinadas com a capacidade de se adaptar a quase qualquer ambiente, os robôs macios tornam‑se a solução ideal para tarefas específicas.

Sistemas Atuais

Sistemas hidráulicos e pneumáticos dominam atualmente a indústria de robótica. Eles são confiáveis e existem há décadas em várias formas. No entanto, há desvantagens significativas nesses sistemas, especialmente ao discutir robótica miniaturizada e não‑conforme.

Por exemplo, robôs não‑conformes que dependem desses sistemas para mudar de forma precisam integrar mangueiras, linhas e bombas. Esses componentes podem ser quase impossíveis de criar em níveis microscópicos. Mesmo quando ampliados, cada bomba e mangueira adiciona peso a esses pequenos dispositivos. O peso reduz a vida útil da bateria do robô, suas capacidades de deslocamento e mais. Consequentemente, a descoberta do hidrogel pelos pesquisadores pode ajudar os robôs a operar com mais versatilidade, otimizando o peso e permitindo novos cenários de uso.

Eles acreditam que sua descoberta pode impulsionar a robótica não‑conforme para o futuro, permitindo mais eficiência e agilidade enquanto reduz o peso. Os hidrogéis podem substituir as borrachas por vários motivos. Os principais benefícios são que são mais leves e eliminam a necessidade de sistemas hidráulicos ou pneumáticos. Dessa forma, tornam os robôs macios menos complexos de construir.

Fenômeno Microscópico

Os pesquisadores descrevem a descoberta de um fenômeno microscópico aprendida ao examinar a expansão e contração dos hidrogéis sob várias condições. A “Teoria Poroelástica Contínua” apresenta uma solução centrada no hidrogel que atende a todos os requisitos para microrrobótica. É leve, confiável, controlável e mais fácil de criar do que as opções atuais.

Detalhes da Pesquisa sobre Hidrogel

Os pesquisadores começaram criando uma fina camada de filme de hidrogel. Essa camada porosa permitia que água e íons passassem livremente sob certas condições. A primeira anomalia observada foi que um processo conhecido como difusiofóreses de gel causa um aumento súbito da pressão osmótica do gel. O processo de difusiofóreses fez o hidrogel inchar instantaneamente quando os íons foram introduzidos.
Notavelmente, o hidrogel encolhe para seu tamanho original após dispensar o líquido. Os hidrogéis impregnados com íons expandiram e contraíram centenas de vezes mais rápido que os métodos originais. Além disso, os dados revelaram que o método de inchaço difusiofórico foi muito mais eficiente.

Agilidade Aumentada

Os pesquisadores estão entusiasmados porque a descoberta pode ajudar a tornar os robôs macios mais ágeis. Por exemplo, tem sido um objetivo criar uma mão robótica com a destreza e agilidade das mãos humanas. A equipe acredita que essa descoberta pode ser um passo vital para tornar isso possível. Se bem‑sucedidos, os robôs macios assumirão muitas mais tarefas relacionadas ao contato humano nos próximos anos.

Robôs Maiores

Outra descoberta importante é que o hidrogel pode ser usado para criar robôs macios maiores. Atualmente, a maioria dos robôs macios está limitada a tamanhos microscópicos. O poder adicional e o peso reduzido do hidrogel permitem que esses dispositivos escalem até tamanhos de até um centímetro. Notavelmente, é comum que pequenos robôs trabalhem em enxames para melhorar a eficiência.

Aplicações no Mundo Real para Robôs Macios de Hidrogel

Existem muitas aplicações reais para robôs macios. Hoje, esses dispositivos podem ser encontrados colhendo frutas, organizando armazéns e, no futuro, realizando tarefas de saúde. Aqui estão os principais setores que a robótica macia continua a impactar.

Manufatura

A indústria mais proeminente para integrações de robôs macios é a manufatura. Aqui, você pode encontrar dispositivos semelhantes a mãos usados em correias transportadoras. Essas unidades podem pegar itens delicados e colocá‑los em embalagens ou classificá‑los em categorias específicas. No futuro, esses robôs poderão “sentir” o que pegam usando sensores avançados e IA.

Busca e Resgate

Robôs macios podem desempenhar um papel vital na ajuda a encontrar sobreviventes de desastres naturais. É comum saber que destroços dificultaram os esforços de resgate e resultaram em vítimas adicionais após grandes desastres. Robôs não‑conformes poderiam serpenteiar por zonas de desastre e usar sensores avançados para localizar sobreviventes mais rapidamente. Esses robôs poderiam ajudar os sobreviventes a se comunicar e até entregar suprimentos que salvam vidas quando necessário.

Exploração

Robôs não‑conformes também podem tornar a exploração mais eficiente. Robôs são o futuro da exploração espacial profunda e marinha. Eles podem ir mais fundo, viajar mais longe e fornecer dados mais valiosos que passageiros humanos. Robôs macios, em particular, poderiam acessar locais nunca antes vistos, como as profundezas oceânicas, porque podem se conformar à pressão e permitir que avancem esforços de pesquisa em novos campos científicos.

Saúde

Existem muitas aplicações na saúde para robôs macios. Esses dispositivos podem ajudar a administrar medicamentos, combater doenças, purificar água e muito mais. O campo da bio‑robótica continua a criar máquinas híbridas inovadoras que utilizam tecido vivo como parte de seus componentes principais. Esses dispositivos podem, um dia, melhorar a vida de milhões ao criar próteses que são imperceptíveis ao usuário e muitas outras melhorias que beneficiam a vida.

Principais Empresas de Robótica

A indústria de robótica é um mercado de ritmo acelerado que antes era dominado por apenas alguns players‑chave, como a Boston Dynamics. Hoje, há muito mais opções, já que o mercado agora inclui uma variedade de áreas. Aqui estão algumas empresas de robótica que poderiam aproveitar os hidrogéis para melhorar suas ofertas.

1. Intuitive Surgical

ISRG Gráfico de preços

Intuitive Surgical (ISRG ) é pioneira no mercado de robótica para saúde. Esta empresa única possui uma variedade de produtos e serviços que a destacam, incluindo assistentes cirúrgicos, Da Vinci e Ion. Essas soluções de alta tecnologia ajudam a impulsionar cirurgias minimamente invasivas. Notavelmente, a mais recente atualização do Da Vinci permite que os cirurgiões sintam as incisões por meio de feedback e mais.
Intuitive Surgical é uma adição forte a qualquer portfólio. A empresa, baseada nos EUA, faz parte do NASDAQ‑100 e do S&P 500. Além disso, seus serviços estão em alta demanda. Especificamente, a empresa lista mais de 8.600 sistemas Da Vinci implantados internacionalmente. Consequentemente, a Intuitive Surgical ganhou reputação como líder global em tecnologia no campo da robótica.

2. UiPath

PATH Gráfico de preços

UiPath (PATH ) é uma empresa de software de automação de processos robóticos (RPA). A empresa cria programas que permitem que robôs aprendam tarefas repetitivas e então as assumam dos humanos. Foi fundada na Romênia e mudou‑se para Nova Iorque à medida que se tornou uma grande concorrente de mercado. Hoje, é a principal fornecedora de software RPA do mundo.
UiPath tornou‑se a líder de mercado devido à sua consistência e desempenho. A empresa tem provado repetidamente que seus serviços podem ajudar a simplificar as atividades empresariais para vários clientes de alto nível, incluindo Canon, EY, VITAL e TQL. Além disso, a empresa possui diversas menções na Forbes. Todos esses fatores fazem da UiPath uma ação que vale a pena observar.

Problemas com Robôs Macios

Robôs macios têm alguns problemas que precisam ser superados para alcançar adoção em larga escala. Primeiro, eles não possuem a durabilidade robusta ou o desempenho de seus equivalentes sólidos. Também há preocupações ao discutir o controle de robôs com infinitos graus de liberdade de movimento. Modelar os movimentos desses dispositivos requer muita inovação e tempo. Empresas como a UiPath certamente desempenharão um papel cada vez mais crucial no desenvolvimento de sistemas de controle para robôs macios no futuro.

Pesquisadores

O estudo foi conduzido por uma equipe de pesquisadores liderada pelo físico da Virginia Tech, C. Nadir Kaplan, e pela candidata a doutorado, Chinmay Katke. Notavelmente, a dupla foi assistida pelo professor C. Nadir Kaplan e por Peter A. Korevaar da Universidade Radboud, nos Países Baixos.

Hidrogel Pode Tornar Robôs Macios Mais Úteis

A equipe por trás da descoberta do hidrogel pode ter acabado de desbloquear a chave para tornar os robôs macios mais úteis. Os hidrogéis podem substituir borrachas, hidráulicos, atuadores e outras alternativas mais pesadas e complexas. Por essas razões, essa pesquisa pode ser considerada um grande avanço que vale a pena acompanhar no futuro.

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