Área fascinante da robótica e da nanotecnologia modernas, os robôs nadadores miniaturizados são dispositivos em escala micro ou milimétrica projetados para se movimentar em ambientes líquidos. O seu tamanho permite que executem tarefas importantes, como mapeamento da poluição, estudo de ecossistemas aquáticos e monitoramento da qualidade da água.
No entanto, os modelos atuais ainda lidam com algumas limitações em seu design, principalmente em seus sistemas de propulsão baseados em hélices, cujo funcionamento pode perturbar os animais aquáticos e até mesmo causar danos físicos quando há contato. Além disso, a complexidade do ambiente, cheio de vegetação detritos, pode causar danos permanentes às hélices ou aos sensores.
Agora, um estudo recente, publicado na revista Science Robotics, apresenta um modelo de “robô compacto e versátil que pode manobrar em espaços apertados e transportar cargas úteis muito mais pesadas do que ele”, afirma um comunicado de imprensa. Com apenas seis gramas e menor que um cartão de crédito, o robozinho é indicado para espaços limitados.
Construindo um minirrobô aquático do zero
Experts em fabricação de robôs miniaturizados, os engenheiros do Soft Transducers Lab da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, já haviam desenvolvido robôs rastejantes autônomos em escala de insetos, mas criar robôs ultrafinos sem cabos, capazes de operar em ambientes aquáticos com obstáculos, foi um desafio totalmente novo, admite o chefe do laboratório Herbert Shea.
“Tivemos que começar do zero, desenvolvendo atuadores suaves mais potentes, novas estratégias de locomoção ondulada e eletrônicos compactos de alta voltagem”, explica Shea em um release. O design inédito não apenas replica a natureza, mas vai além dos que organismos naturais podem alcançar, diz o pesquisador Florian Hartmann.
O grande diferencial dos robôs aquáticos desenvolvidos na EPFL é a ausência de hélices: eles utilizam nadadeiras parecidas com as de vermes marinhos (plantelmintos), que ondulam suavemente. Além disso, o método é silencioso, o que significa que podem realizar o monitoramento ambiental e estudos de vida aquática sem perturbar o ecossistema.
Como funciona o novo robô aquático miniaturizado?
Ao equipar seus robôs com um par de nadadeiras peitorais que ondulam até 10 vezes mais rápido que os cílios dos platelmintos originais, os engenheiros da EPFL demonstraram uma impressionante velocidade de 12 centímetros por segundo, o equivalente a 2,6 comprimentos corporais.
Além de rápido, o robô executa movimentos lineares (translações) a 5,1 centímetros, e circulares (rotações) de 195 graus por segundo, manobrabilidade descrita pelos autores como sem precedentes. As nadadeiras são acionadas por quatro músculos artificiais. Os minidispositivos robóticos conseguem nadar para frente e para trás, para os lados e girar de forma controlada.
Um sistema de controle compacto (o cérebro interno do robô) entrega 500 volts aos atuadores, usando somente 500 miliwatts, consumo quatro vezes menor do que uma escova de dentes elétrica, segundo um comunicado. Embora a voltagem seja alta, as baixas correntes e circuitos blindados reduzem riscos de superaquecimento e danos aos componentes eletrônicos, bem como a segurança ambiental.
Como serão utilizados os minirrobôs-platelmintos?
Os autores usaram estudos experimentais e modelagem para determinar as dimensões e condições operacionais ideais para os robôs em diferentes designs e escalas. Nos testes, eles conseguem navegar por espaços estreitos, atravessar plantas gramíneas e empurrar objetos com mais de 16 vezes seu peso corporal. Isso os capacita a monitorar, em tempo real, o crescimento de plantas e a qualidade da água em sistemas de aquicultura.
Mas a coisa não para por aí: os pesquisadores acreditam que o robô pode revolucionar áreas como estudos ecológicos, rastreamento de poluição e agricultura de precisão. Para isso, a equipe está preparando uma nova plataforma, mais robusta para testes de campo. O objetivo é aumentar a eficiência e a aplicabilidade prática do dispositivo em cenários reais.
Para Hartmann, a expectativa é ampliar o tempo de operação e a autonomia do robô. “Os insights obtidos não só avançam a robótica bioinspirada, mas também criam bases para sistemas robóticos práticos e sustentáveis, capazes de se integrar harmoniosamente com a natureza, promovendo avanços significativos em diversas áreas científicas e tecnológicas”, conclui.
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