Pesquisadores criam eletrônica

Universidade da Califórnia em San Diego

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Imagine se as impressoras 3D pudessem produzir robôs que pudessem trabalhar diretamente do bloco. Este conceito foi possível graças a uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego e da empresa BASF. Seus esforços levaram a uma pinça robótica que pode ser impressa de uma só vez e não precisa de nenhum equipamento eletrônico para funcionar.

Segundo a equipe, a pinça macia pode ser utilizada logo após sair da impressora 3D e é equipada com sensores de gravidade e toque integrados, que permitem pegar, segurar e soltar objetos. “É a primeira vez que uma pinça deste tipo consegue agarrar e soltar. Tudo o que você precisa fazer é girar a pinça horizontalmente. Isso desencadeia uma mudança no fluxo de ar nas válvulas, fazendo com que os dois dedos da pinça se soltem”, disse um comunicado da universidade.

Os detalhes sobre sua pesquisa foram publicados na revista Science Robotics.

A maioria dos robôs macios impressos em 3D são rígidos; apresentam muitos vazamentos quando saem da impressora; e exigem muito processamento e montagem após a impressão para serem utilizáveis. Os pesquisadores conseguiram contornar esses problemas desenvolvendo um novo método de impressão 3D, que envolve o bocal da impressora traçando um caminho contínuo através de todo o padrão de cada camada impressa. “É como desenhar uma imagem sem nunca tirar o lápis da página”, disse Michael T. Tolley, autor sênior do artigo e professor associado da Escola de Engenharia Jacobs da UC San Diego, no comunicado.

Este procedimento diminui a possibilidade de vazamentos e falhas no objeto impresso, que são predominantes na impressão com materiais macios. A nova abordagem também permite a impressão de paredes finas de até 0,5 milímetros. Paredes mais finas e geometrias curvas complicadas permitem mais deformação, resultando em uma estrutura geral mais suave. "Os pesquisadores basearam o método no caminho euleriano, que na teoria dos grafos é uma trilha em um gráfico que toca cada borda desse gráfico uma vez e apenas uma vez."

Seguindo seu novo método, a equipe conseguiu imprimir consistentemente robôs pneumáticos funcionais com circuitos de controle integrados.

A robótica suave tem a possibilidade de permitir que robôs interajam com humanos e coisas frágeis de maneira segura. Segundo a equipe, essa pinça pode ser colocada em um braço robótico para fabricação industrial, processamento de alimentos e manuseio de frutas e vegetais. Também pode ser acoplado a um robô e usado para estudo e exploração. Ele também pode operar sem amarras, usando apenas uma garrafa de gás de alta pressão como fonte de alimentação.

Segundo a equipe, todo o processo de fabricação da pinça não necessitou de pós-tratamento, pós-montagem ou retificação de falhas de fabricação, tornando esta técnica muito reprodutível e acessível. "Nossa abordagem proposta representa um passo em direção a sistemas robóticos complexos e personalizados e componentes criados em instalações de fabricação distribuídas."

Resumo do estudo

A maioria dos robôs leves são acionados pneumaticamente e fabricados por processos de moldagem e montagem que normalmente exigem muitas operações manuais e limitam a complexidade. Além disso, componentes de controle complexos (por exemplo, bombas eletrônicas e microcontroladores) devem ser adicionados para alcançar até mesmo funções simples. A impressão tridimensional de fabricação de filamentos fundidos (FFF) de mesa oferece uma alternativa acessível com menos trabalho manual e a capacidade de gerar estruturas mais complexas. No entanto, devido às limitações de material e processo, os robôs flexíveis impressos em FFF geralmente apresentam uma alta rigidez efetiva e contêm um grande número de vazamentos, limitando suas aplicações. Apresentamos uma abordagem para o projeto e fabricação de dispositivos robóticos pneumáticos macios e herméticos usando FFF para imprimir simultaneamente atuadores com componentes de controle fluídicos incorporados. Demonstramos essa abordagem imprimindo atuadores uma ordem de grandeza mais suave do que aqueles fabricados anteriormente usando FFF e capazes de dobrar para formar um círculo completo. Da mesma forma, imprimimos válvulas pneumáticas que controlam um fluxo de ar de alta pressão com baixa pressão de controle. Combinando os atuadores e as válvulas, demonstramos uma pinça autônoma sem eletrônica impressa monoliticamente. Quando conectada a um fornecimento constante de pressão de ar, a pinça detectou e agarrou autonomamente um objeto e liberou o objeto quando detectou uma força devido ao peso do objeto agindo perpendicularmente à pinça. Todo o processo de fabricação da pinça não exigiu pós-tratamento, pós-montagem ou reparo de defeitos de fabricação, tornando esta abordagem altamente repetível e acessível. Nossa abordagem proposta representa um passo em direção a sistemas e componentes robóticos complexos e personalizados, criados em instalações de fabricação distribuídas.