Pesquisadores desenvolveram um músculo artificial inteligente que imita os sistemas biológicos de músculo e tendão.
A equipe da Universidade Nacional de Seul (SNU) criou o dispositivo usando canais de metal líquido incorporados em um elastômero de cristal líquido.
O músculo artificial se contrai quando estimulado eletricamente, enquanto mede a força e o comprimento internos em tempo real.
Essa descoberta poderá ajudar no desenvolvimento de robôs humanoides de próxima geração mais adaptáveis, com capacidades de percepção e movimento semelhantes às humanas.
Recentemente, uma equipe de pesquisadores do MIT Media Lab e do Politecnico di Bari desenvolveu músculos de fibra eletrofluídica que proporcionam força, velocidade e controle semelhantes aos músculos naturais para robôs e dispositivos vestíveis.
Sistema muscular semelhante ao humano
Com o aumento da demanda por robôs e sistemas de assistência mais semelhantes aos humanos, os pesquisadores estão buscando atuadores robóticos capazes de movimentos delicados, percepção ambiental e interação segura.
As aplicações variam de robôs humanoides e automação logística a reabilitação e dispositivos médicos. No entanto, os músculos artificiais convencionais enfrentam limitações porque suas funções de atuação e sensoriamento são separadas, o que exige sensores adicionais e sistemas de controle complexos.
O diagrama mostra o feedback muscular biológico e uma garra robótica que utiliza músculos artificiais LCE.
Para superar esses desafios, a Faculdade de Engenharia da SNU desenvolveu um músculo artificial inteligente inspirado nos complexos músculo-tendão biológicos. O sistema é baseado em elastômeros de cristal líquido (LCEs) e combina sensoriamento e atuação em uma única estrutura, possibilitando o que os pesquisadores descrevem como inteligência física.
O músculo artificial conecta materiais de LCE isotrópico e nemático em série, desempenhando funções semelhantes às de tendões e músculos. Canais de metal líquido embutidos permitem funções duplas: um canal atua como um atuador ativo que gera contração por meio de aquecimento, enquanto o outro opera como um sensor que detecta força e deformação em tempo real. Isso permite que o sistema monitore seu próprio estado de contração sem sensores externos.
Garras robóticas inteligentes
Os pesquisadores demonstraram dedos e garras robóticas acionados por músculos artificiais que conseguiam pegar objetos delicadamente, além de identificar sua rigidez e tamanho de forma autônoma. Ao organizar dois músculos artificiais para trabalharem em oposição um ao outro, de maneira semelhante aos músculos biológicos, a equipe obteve um controle de movimento mais rápido e preciso, incluindo contração e relaxamento.
O sistema combina sensoriamento e movimento em uma única estrutura, permitindo que o músculo artificial monitore sua própria condição em tempo real, sem depender de sensores externos. Isso confere ao robô uma forma de inteligência física integrada, permitindo que ele reaja de maneira mais natural às mudanças de força e contato durante a operação. Os pesquisadores demonstraram que os músculos artificiais podem trabalhar em conjunto em um sistema de dedo e garra robótica com controle de feedback, melhorando a precisão do movimento e reduzindo erros de controle.
O estudo também identificou áreas que ainda precisam de melhorias. Durante movimentos repetidos, o calor pode se acumular dentro do músculo artificial, causando desvios na força e reduzindo a precisão. Mudanças repentinas nos alvos do movimento também podem gerar erros de rastreamento. Para solucionar esses problemas, os pesquisadores sugeriram métodos de resfriamento mais rápidos, incluindo materiais mais finos, canais de resfriamento integrados ou sistemas de resfriamento baseados em módulos Peltier. Um resfriamento mais rápido poderia melhorar tanto a velocidade de resposta quanto o desempenho da detecção.
A equipe também observou que o modelo atual de estimativa de alongamento foi desenvolvido usando dados experimentais e pode precisar de aprimoramentos adicionais. Estudos futuros sobre a distribuição de calor e o comportamento mecânico de elastômeros de cristal líquido podem ajudar a criar sistemas de músculos artificiais mais precisos e confiáveis para aplicações em robótica.
Fonte: interestingengineering
