Robótica
“Metal Pegajoso” poderia ter aplicações generalizadas em robótica, armazenamento de energia e até soluções de biotecnologia
Adicione Securities.io às suas fontes preferidas no Google
Metal Pegajoso para Robótica Flexível
Um problema que o desenvolvimento em robótica continua encontrando é a criação de robôs e sistemas que possam lidar com o mundo real. Isso costuma exigir flexibilidade e partes “macias”, em vez de construções puramente mecânicas.
Várias abordagens estão sendo experimentadas. Notavelmente, relatamos anteriormente sobre uma: a criação de um novo material magnético para gerar as chamadas “robóticas flexíveis”, que discutimos em detalhes em nosso artigo “Cápsulas de Gel Magnético Podem Avançar Tanto a Robótica quanto a Medicina”.
Entretanto, outra abordagem seria unir partes metálicas e macias. Isso tem sido historicamente difícil, com as junções metal-orgânicas sendo o principal obstáculo.
Isso pode ter sido resolvido pelos pesquisadores Wenhao Xu, Faraz A. Burni e Srinivasa R. Raghavan, da Universidade de Maryland, EUA. Eles desenvolveram um tipo de “metal pegajoso” capaz de criar uma junção forte e durável com a maioria dos materiais macios, como hidrogel, músculos e plantas.
Como o Metal Pegajoso Funciona
A descoberta baseia‑se em um novo princípio que os pesquisadores chamaram de eletroaderência duro‑macia (EA).
Eles ainda buscam explicar completamente como funciona, mas aqui está o que já sabem.
Apenas Alguns Metais Apresentam Propriedades de EA
Nem todos os metais podem ser usados para EA. Metais que possuem potencial de redução positivo, enquanto aqueles que não possuem têm potencial de redução negativo.
Os metais que não aderem são aqueles que se oxidam primeiro no ânodo. Essa oxidação (eletrólise) do metal domina sobre quaisquer processos concorrentes, o que explica a ausência de adesão.
Por outro lado, os metais que aderem são relativamente inertes, permitindo que as cadeias poliméricas da rede de gel se oxidem primeiro no ânodo.
Isso exclui metais comuns como titânio, zinco, ferro e níquel, o que pode explicar por que a EA não foi descoberta até agora. Contudo, ainda inclui metais comuns e baratos como estanho, chumbo, cobre, além de grafite (que não é um metal, mas carbono puro). Portanto, embora isso possa ser uma limitação, não deve ser um obstáculo para qualquer uso em aplicações robóticas.
Como Funciona?
A EA é criada quando uma corrente é aplicada ao metal.
A teoria é que a oxidação do material macio (gel ou outro) cria ligações químicas entre o metal e as cadeias poliméricas. Essas ligações químicas formam uma junção forte entre o metal e o material macio, resultando em adesão robusta.
O processo também pode ser revertido facilmente aplicando uma corrente inversa. Isso cria condições químicas redutoras, que “dissolvem” a ligação química e anulam a adesão.
Essa teoria é reforçada por experimentos que demonstraram que qualquer mudança ocorrida no hidrogel acontece apenas na superfície de contato com o metal.
Também parece que a natureza exata e as características da ligação química variarão dependendo das respectivas químicas do metal e do material macio.
A Que Materiais o Metal Pegajoso Pode Grudar?
O artigo científico publicado foca principalmente na adesão a vários tipos de hidrogéis, pois eles são um bom material para modificar e experimentar.
Entretanto, os princípios podem ser aplicados a muitos outros materiais, incluindo músculos animais ou até tomates. No geral, o único requisito para o material macio é que ele seja um condutor iônico, o que ocorre na maioria dos tecidos biológicos.
Igualmente impressionante, a EA também pode ocorrer debaixo d’água, onde a adesão pode ser muito difícil de alcançar.
Possíveis Aplicações dos Metais Pegajosos
Agarre em Robótica
A primeira e provavelmente a aplicação mais imediata da EA é desenvolver garras melhores para robôs. Segurar objetos corretamente sem deixá‑los cair ou esmagá‑los tem sido um problema persistente para os robôs.
A EA não exige que um dedo robótico tenha dedos, mãos, juntas ou outras formas complexas e específicas. Portanto, isso pode abrir caminho para alternativas mais baratas, eficientes e seguras em relação aos métodos atualmente utilizados.
Fonte: Corteva
Baterias
Baterias eficientes e fáceis de fabricar estão em alta demanda por veículos elétricos e pelo crescimento das energias renováveis na matriz energética. A maioria das baterias depende da conexão de dois eletrodos sólidos duros (metálicos ou de grafite) — ânodo e cátodo — com um eletrólito entre eles.
Muito frequentemente, o eletrólito é um gel em um solvente iônico condutor.
Assim, os pesquisadores da Universidade de Maryland testaram se poderiam usar a EA para criar um novo tipo de bateria.
Eles usaram cobre e zinco como eletrodos e conseguiram criar uma bateria de 0,9 V.
Isso foi apenas uma prova de conceito realizada por especialistas não ligados a baterias. Contudo, eles acreditam que baterias flexíveis e recarregáveis poderiam ser criadas usando os mesmos princípios. E isso poderia abrir caminho para um novo método de fabricação de baterias.
Robótica Flexível
Como mencionado anteriormente, engenheiros robóticos há muito sonham com robôs que misturem componentes duros e macios, imitando como os animais possuem ossos duros e músculos e tecidos macios.
Um teste rudimentar foi realizado para ilustrar como a EA pode ser usada para esse propósito. Para isso, uma mistura de componentes duros (placas de grafite) e componentes macios (hidrogel) foi usada para criar uma “estrutura de carga duro‑macia”.
Com cargas crescentes, a estrutura primeiro as suportou e depois começou a dobrar. Quando esse peso foi removido, os pilares de gel retrairam ao estado original, fazendo com que a laje superior se movesse para cima.
Elementos duros, por si só, não são compressíveis ou deformáveis, enquanto elementos macios, por si só, podem ser esmagados por uma carga. A combinação, porém, pode suportar uma carga de forma flexível sem danos.
Ao ser capaz de comprimir e “empurrar de volta”, tal sistema poderia ser usado para fabricar atuadores e robôs capazes de interagir com o ambiente de maneira delicada.
Adesivo Subaquático
Colar qualquer coisa em um ambiente rico em água ou debaixo d’água pode ser um desafio técnico. As ligações adesivas são frequentemente influenciadas pelas moléculas de água ao redor e são mais fracas do que o necessário na maioria dos casos.
Aqui, a adesão é um fenômeno eletroquímico que só é ativado quando o gel e o metal são colocados em contato sob corrente. Como a EA depende de uma ligação química real, não é afetada pela água circundante.
Próteses e Implantes
Outro uso potencial do metal pegajoso está em aplicações biomédicas. A compatibilidade do metal com o corpo humano sempre foi um problema ao usar implantes metálicos. Conectar o metal aos tecidos macios sem danificá‑los é um processo difícil.
Se implantes ou próteses, como substituições de membros, pudessem aderir aos tecidos macios, eles poderiam se tornar muito mais funcionais e práticos de usar. Isso também poderia melhorar significativamente a qualidade de vida dos pacientes.
Imagem por RAEng_Publications de Pixabay
E como o processo é facilmente reversível ao induzir uma corrente elétrica, implantes pegajosos provavelmente serão muito mais fáceis de substituir ou remover também.
Aplicação Avançada com Metal Pegajoso
A Eletroaderência duro‑macia (EA) é uma descoberta notável com muitas aplicações possíveis.
Não só funciona com praticamente todos os géis iônicos e tecidos orgânicos (quase tudo que contém água e sais), mas também pode ser usada com metais de base baratos como estanho, cobre e até grafite. Graças a esses materiais de baixo custo, qualquer aplicação industrial tem chance de ser competitiva em termos de preço.
Pode mudar completamente o campo da robótica, começando com garras melhores, especialmente para produtos alimentícios como carnes, frutas e vegetais. Depois, permitiria a criação de verdadeiros robôs flexíveis que misturam partes duras e macias/elásticas.
Também poderia permitir ligações muito mais fáceis entre próteses e implantes corporais, nos aproximando um passo da verdadeira tecnologia cibernética.
Por fim, poderia ter aplicações além da robótica e das próteses, potencialmente criando novos tipos de baterias, bem como adesivos subaquáticos e reversíveis.
