Responsivos e biestáveis

Robótica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  25/01/2019

A incorporação de fibras de celulose ou vidro nos hidrogéis garante movimentos precisos baseados em expansões controladas quando o material absorve água ou outro fluido. [Imagem: Yijie Jiang et al. - 10.1038/s41467-018-08055-3]

Responsivos e biestáveis

Usando materiais sensíveis a estímulos e princípios geométricos, engenheiros da Universidade da Pensilvânia, nos EUA, criaram estruturas dotadas de "lógica incorporada".

Com base apenas em sua composição física e química, essas estruturas são capazes de determinar qual dentre várias respostas possíveis deve ser dada em reação a uma determinada alteração no ambiente.

A inspiração veio da planta carnívora Dioneia (Dionaea muscipula): Mesmo sem um cérebro ou um sistema nervoso, a planta toma decisões sofisticadas sobre quando fechar suas folhas para prender a presa, assim como para abrir quando acidentalmente pega algo que não pode comer.

Usando materiais sensíveis a estímulos e princípios geométricos, Yijie Jiang e seus colegas projetaram estruturas capazes de tomar decisões semelhantes.

A lógica incorporada baseia-se em estruturas biestáveis - que podem conter uma de duas configurações indefinidamente - e materiais responsivos - que podem mudar de forma sob circunstâncias precisas.

"A biestabilidade é determinada pela geometria, enquanto a capacidade de resposta emerge das propriedades químicas do material. A nossa abordagem usa a impressão 3D multimateriais para interligar estes campos diferentes para que possamos aproveitar a capacidade de resposta do material para alterar os parâmetros geométricos das nossas estruturas precisamente da maneira correta," explicou o professor Jordan Raney.

Uma das demonstrações é uma espécie de arapuca inspirada na planta carnívora Dioneia. [Imagem: Yijie Jiang et al. - 10.1038/s41467-018-08055-3]

Lógica incorporada

Apesar de não ter motores, baterias, circuitos ou processadores de qualquer tipo, as estruturas alternam entre várias configurações em resposta a informações predeterminadas, como o nível de umidade ou a presença de produtos químicos à base de óleo.

Como em uma linguagem de programação, as estruturas ativas têm portas lógicas se/então (if/then) aninhadas, e podem controlar a temporização de cada porta, permitindo comportamentos mecânicos complicados em resposta a mudanças simples no ambiente.

Por exemplo, utilizando estes princípios, um dispositivo de monitoramento da poluição aquática pode ser projetado para abrir e recolher uma amostra apenas na presença de um poluente, um produto químico à base de óleo, digamos, ou quando a temperatura ultrapassar um determinado limiar.

As aplicações potenciais podem incluir ainda sensores em ambientes remotos e hostis, como desertos, montanhas ou até mesmo em outros planetas. Sem a necessidade de baterias ou computadores, esses sensores lógicos incorporados poderiam permanecer inativos por anos sem interação humana, apenas entrando em ação quando apresentados à sugestão ambiental correta.

Bibliografia:

Bifurcation-based embodied logic and autonomous actuation
Yijie Jiang, Lucia M. Korpas, Jordan R. Raney
Nature Communications
Vol.: 10, Article number: 128
DOI: 10.1038/s41467-018-08055-3