Ao conectar pequenos brinquedos automotores em uma corrente, pesquisadores do UvA Institute of Physics encontraram a chave para estudar o movimento de organismos microscópicos e motores moleculares dentro de nossas células.
Os microrobôs Hexbug Nano v2 usam vibrações para se impulsionarem para a frente. Ao conectar vários desses brinquedos com uma corrente elástica de borracha de silicone, a estrutura resultante é “elastoativa”. Isso significa que ele retornará à sua forma original após ser deformado, enquanto os constituintes ativos autopropulsores que o compõem tentam constantemente empurrar a estrutura em uma determinada direção.
Dependendo do tamanho dos elos da corrente e se as correntes foram fixadas em uma ou ambas as extremidades, as correntes elastoativas mostraram uma variedade de tipos de movimento, incluindo auto-oscilação, auto-sincronização e auto-encaixe.
“Ao experimentar essas cadeias elastoativas, descobrimos que há uma interação entre atividade e elasticidade: quando a atividade domina, as cadeias oscilam e se sincronizam”, diz Corentin Coulais, chefe do Laboratório de Materiais de Máquinas da Universidade de Amsterdã.
Ele continua: “A auto-oscilação mecânica e a sincronização são uma característica fundamental das máquinas biológicas, características que são úteis para fazer novos tipos de robôs autônomos. Essas cadeias ativas realmente nos permitem destacar a natureza desses fenômenos não lineares.”
As descobertas foram publicadas na revista Physical Review Letters.
Auto-oscilação, auto-sincronização e auto-ajuste
Quando uma estrutura oscila automaticamente, isso significa que ela se curva para frente e para trás sozinha. Nas correntes, os microrobôs podem começar dobrando a corrente para a esquerda. Porém, como a corrente está presa em uma das pontas, os elos elásticos resistem a esse movimento, reorientando os bots de tal forma que eles passam a empurrar e dobrar a corrente para a direita. Este movimento será novamente resistido pela corrente elástica, até que os bots comecem a se mover para a esquerda novamente.
A sincronização acontece quando duas cadeias elastoativas são conectadas em uma extremidade por uma haste rígida o suficiente. Ao se contorcer, as duas correntes conectadas automaticamente começam a oscilar com a mesma frequência, como ervas marinhas movidas pelas mesmas ondas.
Finalmente, pegando uma única cadeia elastoativa e prendendo ambas as suas extremidades, ela mostra um comportamento de “auto-encaixe”. Quando você dobra uma carta de baralho com os dedos, pode fazê-la “estalar” para dobrar para o outro lado, empurrando com força suficiente do lado. As cadeias elastoativas fazem isso sozinhas, saltando repetidamente da curvatura para a esquerda para a dobra para a direita.
Jogo Instrutivo
“Começamos esta pesquisa apenas brincando com os brinquedos de microrobô. Mas, de maneira mais geral, a ideia era explorar materiais fora de equilíbrio. Na matéria mole, os fluidos ativos foram estudados extensivamente nos últimos 25 anos, mas suas contrapartes sólidas foram investigadas muito menos”, diz Coulais.
O próximo item do menu é explorar o comportamento elastoativo em escalas menores, por exemplo nos chamados sistemas coloidais, consistindo de pequenas partículas suspensas em um fluido. Embora ainda sejam sistemas modelo, eles estão mais próximos do sistema biológico devido às escalas de comprimento semelhantes e à presença do fluido. Em qualquer escala, também seria interessante usar o design inteligente para incorporar várias auto-oscilações em uma única estrutura para obter padrões de movimento mais complexos. Com uma melhor compreensão das auto-oscilações, a esperança é que seja possível criar novos tipos de robôs autônomos.
Publicado em 08/05/2023 02h15
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