Tecido ativo inspirado nos tatus pode ser macio ou virar um escudo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/07/2024

Os protótipos ainda são grosseiros, mas já podem ser acionados por motores elétricos ou músculos artificiais.
[Imagem: NTU Singapore]

Tecido com escamas de tatu

Você vestiria uma roupa que parece "tão confortável" quanto o casco de um tatu?

Os primeiros protótipos não parecem muito convidativos, mas o conceito apresentado por Tianyu Chen e colegas da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura, tem potencial para diversas aplicações.

A grande inovação é a fabricação de um material vestível que é relativamente flexível, mas que pode endurecer sob demanda, tornando-se um escudo.

Desenvolvida através de uma combinação de desenho geométrico, impressão 3D e controle robótico, a nova tecnologia, batizada de RoboFabric (tecido robótico), poderá no futuro dar origem a dispositivos médicos ou de robótica macia, incluindo membros para robôs e drones, além de roupas de proteção individual.

Para demonstração, a equipe desenvolveu vários protótipos, como um suporte de cotovelo para ajudar a pessoa a carregar cargas mais pesadas do que consegue apenas com seus músculos.

Eles também fabricaram um protótipo de suporte de pulso, que pode ajudar a estabilizar as articulações para as atividades diárias e beneficiar pacientes com doença de Parkinson que apresentam tremores.

O conceito é simples, e técnicas mais avançadas de fabricação certamente darão resultados mais práticos.
[Imagem: Tianyu Chen et al. - 10.1126/scirobotics.adl0307]

Tecido atuador

Inspirando-se nas escamas dos tatus, que se interligam para formar uma concha protetora, a fabricação do tecido robótico começa com um algoritmo matemático, desenvolvido para projetar as "escamas", criando um sistema interligado de peças.

As escamas impressos em 3D são então unidas por fibras metálicas que passam por pequenos canais entre elas, ou são inseridas em um estojo externo, que requer pressão negativa de ar ou vácuo aplicado constantemente.

As fibras metálicas devem ser enfiadas nos orifícios entre as escamas e conectadas a um atuador elétrico, que possa apertar ou afrouxar rapidamente os cabos. Atualmente esse processo de enfiamento é feito manualmente, mas a equipe afirma que ele poderá ser automatizado, semelhante à forma como as raquetes de tênis são reencordadas usando uma máquina.

Quando as fibras são contraídas, as escamas se interligam e enrijecem, aumentando a rigidez do material em mais de 350 vezes, proporcionando resistência e estabilidade adicionais. Segundo a equipe, a atividade muscular humana pode ser reduzida em até 40% quando o dispositivo auxilia as articulações durante o levantamento de pesos.

Sistema de acionamento do tecido ativo usando um sistema de pressão.
[Imagem: Tianyu Chen et al. - 10.1126/scirobotics.adl0307]

Usos médicos e em robôs

O conceito poderá ser aplicado em robótica, como a equipe demonstrou em um pequeno robô feito de escamas finas em forma de onda, selados em um envelope elástico. Quando um vácuo é aplicado, o tecido faz a transição para o formato final e fica rígido. E, quando a pressão do vácuo é removida, ele relaxa, voltando a um estado flexível.

Essa atuação de enrijecimento e amolecimento permite que o pequeno robô movimente-se como uma minhoca ou nade na água, carregando pequenas cargas ou protegendo objetos frágeis formando uma concha rígida ao seu redor. Estas capacidades podem ser exploradas por robôs de exploração e resgate, que precisam se mover em terrenos complexos e obter proteção quando necessário.

Em outra demonstração, quatro desses robôs foram combinados para formar uma garra robótica de um drone. Quando rígida, a pinça macia se enrola e pode capturar pequenos objetos, soltando-os ao relaxar de volta. Essa garra também pode ter uma funcionalidade adicional, servindo como uma almofada de absorção de choque para aterrissagens difíceis. Quando inoperantes, basta deixá-las macias que as garras podem ser dobradas no corpo de um drone, não atrapalhando sua função de voo.

Mas a equipe está mais interessada em começar a explorar as funcionalidades do seu tecido robótico com escamas para aplicações biomédicas.

"Nós nos inspiramos na forma como os animais muitas vezes têm múltiplas funcionalidades para os seus membros através do uso de estruturas intrincadas, muito parecidas com a mudança de forma e a variação de rigidez nos polvos. Prevemos que, no futuro, os pacientes que precisarem de gesso para fraturas terão a opção de personalizar um suporte flexível para os membros, semelhante a um tecido antes de endurecer. Ao contrário dos gessos convencionais rígidos e inamovíveis, eles também seriam fáceis de colocar ou remover, com o toque de um botão. No uso diário, os suportes articulares também podem ajudar os idosos nas suas tarefas diárias, ajudando a reduzir a força muscular necessária para cargas mais pesadas," disse o professor Wang Yifan, coordenador da equipe.

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