Pequenas bolas de borracha usadas para fazer um líquido programável

Construir um robô que possa pegar objetos delicados, como ovos ou frutas vermelhas, sem esmagá-los, requer muitos algoritmos de controle que processam a alimentação de sistemas avançados de visão ou sensores que imitam o sentido humano do tato. A outra maneira era mergulhar no mundo da robótica suave, o que geralmente significa um robô com resistência e durabilidade limitadas.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard publicou um estudo onde usaram uma embreagem hidráulica simples, sem sensores e sem nenhum sistema de controle. Tudo o que precisavam era de óleo de silicone e muitas bolinhas de borracha. No processo, eles desenvolveram um metafluido com resposta programável à pressão.

Bolas de borracha para nadar

“Fiz um doutorado na França sobre como uma concha esférica nadaria. Para fazê-la nadar, faríamos com que ela desmoronasse. [inverted] “Água-viva”, diz Adel Jalouli, pesquisador do grupo de Bertoldi na Universidade de Harvard e principal autor do estudo. “Eu disse ao meu empresário: e se eu colocar essa bola em uma seringa e aumentar a pressão?” Ele disse que não era uma ideia interessante e que não adiantaria nada, como afirma Jalouli. Mas alguns anos depois, após várias rejeições, Jalouli conheceu Benjamin Goresen, professor de engenharia mecânica na Universidade de Leuven, na Bélgica, que partilhava dos seus interesses. “Eu poderia realizar experimentos, ele poderia realizar simulações, então pensamos que poderíamos propor algo juntos”, diz Jalouli. E assim, a bola de borracha da gelatina finalmente entrou na seringa. Os resultados foram completamente inesperados.

A bola tem um raio de 10 mm e suas paredes de borracha de silicone com 2 mm de espessura circundam uma bolsa de ar. Foi colocado em uma tigela com 300 ml de água. Quando a pressão no recipiente começou a aumentar, a bola a 120 kPa começou a deformar. Depois que começou a deformar, a pressão permaneceu relativamente constante por um tempo, embora o volume ocupado pelo fluido continuasse a diminuir. O líquido que continha a bola não se comportava mais como água, mas apresentava um platô pronunciado na curva pressão/volume. “Metafluidos – fluidos com propriedades ajustáveis ​​que não existem na natureza – foram teorizados por… Federico Capasso e colegasQuem queria obter um líquido com índice de refração negativo. Eles estavam começando com óptica na época, mas olhando o comportamento da água com essa bola de borracha, sabíamos que o que tínhamos era um líquido metafluido.

Mistura de fluidos programável

Colocar uma única bola de borracha na água foi apenas um ponto de partida. “Sempre tive esta ideia na cabeça: o que aconteceria se eu colocasse muito disso?” Jalouli disse a Ars. Assim, sua equipe começou a experimentar diferentes tamanhos e números de bolas no meio e a usar diferentes meios, como óleo de silicone. “Você pode ajustar a pressão na qual as bolas são ativadas alterando seu raio e a espessura de suas paredes. Ao tornar as bolas mais espessas, você precisa de mais energia para fazê-las girar, então a pressão de ativação será maior”, explica Jalouli.

Existem outros parâmetros que podem ser alterados para programar as propriedades desejadas no metafluido. Isso inclui a fração de volume – que é basicamente quanto do volume total de líquido as bolas absorvem – e a estrutura das bolas, onde o líquido se comporta de maneira diferente quando você coloca bolas de diferentes tamanhos e espessuras nele. Você também pode ajustar isso usando uma mistura de domínios com propriedades diferentes. “Se a variação no tamanho e espessura das esferas for muito estreita, você terá um platô de pressão muito plano ao ativá-las. Se você tiver uma distribuição mais ampla, a transição de todas as fivelas para todas as fivelas será mais suave”, diz. Jalouli também permite que vários platôs sejam alcançados em diferentes pressões em um único fluido: “Dessa forma, você pode ajustar a curva de pressão/volume”, acrescenta Jalouli.

Ao ajustar essas curvas, sua equipe conseguiu construir uma embreagem hidráulica inteligente que funciona sem a necessidade de sensores ou sistemas de controle.