Universidade de Stuttgart, na Alemanha, desenvolve microatuadores enrolados biomiméticos capazes de mover objetos 30 vezes mais pesados que seu próprio peso

De acordo com pt.wedoany.com-A equipe da Dra. Zaklina Burghard, do Instituto de Ciência dos Materiais da Universidade de Stuttgart, desenvolveu uma plataforma de fabricação que transforma filmes finos ultrafinos em microenrolamentos cerâmicos tridimensionais programáveis em questão de segundos, servindo como elementos de acionamento compactos para futuros microrrobôs e robôs macios. Este resultado deriva da pesquisa de longa data de Burghard em sistemas de materiais cerâmicos biomiméticos.

Microrrobôs, com seu volume extremamente pequeno, têm potencial de aplicação nas áreas médica e industrial; robôs macios, por sua vez, dependem de materiais flexíveis e adaptáveis para melhorar sua adaptabilidade e segurança. Assim como nos robôs macroscópicos, os atuadores nesses dois tipos de sistemas precisam controlar movimento ou preensão, mas, como os sistemas em microescala são muito menores em tamanho geral e os robôs macios devem possuir capacidade de deformação elástica, isso impõe novos requisitos aos componentes, que muitas vezes só podem ser atendidos com novos materiais.

A equipe de pesquisa, inspirada no movimento de enrolar e estender da probóscide de borboletas, preparou filmes ultrafinos de pentóxido de vanádio contendo nanopartículas magnéticas de óxido de ferro. Durante a fabricação, os pesquisadores usaram uma lâmina para remover suavemente o filme cerâmico ultrafino do substrato; a lâmina curvou continuamente o filme destacado, fazendo com que ele se enrolasse em microenrolamentos firmemente espiralados em poucos segundos. Ao aproximar um ímã do microenrolamento, ele se desenrola rapidamente; ao remover o campo magnético, ele se enrola novamente.

Ao contrário das cerâmicas tradicionais, esses filmes ultrafinos são flexíveis. Seu comportamento mecânico único deriva de estruturas hierárquicas nano e micrométricas inspiradas na biologia, que permitem deformação elástica enquanto mantêm a integridade estrutural do material cerâmico. Os microenrolamentos produzidos pelos pesquisadores têm apenas alguns micrômetros de largura e, quando enrolados, um diâmetro de apenas algumas centenas de micrômetros; quando estendidos, podem atingir até 25 milímetros de comprimento. Nos experimentos, os microenrolamentos continuaram funcionando normalmente após 5.000 ciclos e conseguiram mover objetos mais de 30 vezes mais pesados que seu próprio peso.

Burghard explica que os microenrolamentos também podem ser organizados em matrizes programáveis, permitindo que múltiplos atuadores operem simultaneamente para executar tarefas coordenadas, como levantar, transportar ou manipular objetos minúsculos. O pentóxido de vanádio foi escolhido como material modelo por ser o foco da pesquisa de Burghard ao longo de muitos anos, fornecendo a base para a plataforma de fabricação.

Burghard afirma que os atuadores são apenas o começo; a verdadeira inovação está na própria plataforma de enrolamento, que pode ser transferida para muitos filmes finos orgânicos e inorgânicos diferentes, com potencial para uso em futuros componentes eletrônicos, sensores, dispositivos de armazenamento de energia e outros microssistemas multifuncionais.

Este trabalho teve início em um projeto financiado pela Fundação Alemã de Pesquisa (DFG), liderado por Burghard. A dissertação de mestrado de Semi Kim, concluída em 2023, realizou os primeiros estudos experimentais, estabelecendo as bases para a pesquisa atual. A pesquisa foi conduzida no Departamento de Materiais Biomiméticos do Instituto de Ciência dos Materiais, que usa a natureza como fonte de inspiração, combinando-a com a ciência moderna dos materiais e integrando física, química, modelagem computacional e princípios de design de materiais biomiméticos para desenvolver materiais funcionais de próxima geração e microssistemas programáveis.