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Por que eu crio robôs do tamanho de um grão de arroz

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Ao estudar o movimento e corpos de insetos, como formigas, Sarah Bergbreiter e sua equipe construíram versões mecânicas de bichos rastejante...

Ao estudar o movimento e corpos de insetos, como formigas, Sarah Bergbreiter e sua equipe construíram versões mecânicas de bichos rastejantes incrivelmente robustas, superpequenas... e então eles adicionam foguetes. Veja seus avanços de cair o queixo, em microrrobótica, e ouça sobre três maneiras que poderíamos usar esses pequenos ajudantes no futuro.


Meus alunos e eu trabalhamos com robôs muito pequenos. Você pode pensar neles como versões robóticas de algo que lhes é muito familiar: uma formiga.



Todos sabemos que as formigas e outros insetos dessa escala podem fazer coisas incríveis. Todos já vimos um grupo de formigas, ou alguma versão disso, carregando seus salgadinhos em um piquenique, por exemplo.

Mas quais são os reais desafios da engenharia destas formigas? Bem, em primeiro lugar, como colocar os recursos de uma formiga em um robô de mesma escala de tamanho? Primeiro precisamos descobrir como fazê-los se mover, quando são tão pequenos. Precisamos de pernas e motores eficientes para apoiar essa locomoção, e precisamos de sensores, energia e controle para juntar tudo isso em um robô formiga semi-inteligente. E, por fim, para fazê-los realmente funcionais, queremos um monte deles trabalhando juntos, para fazerem coisas maiores.

Então, começarei com a mobilidade. Os insetos movem-se surpreendentemente bem. Este vídeo é da UC Berkeley. Mostra uma barata em movimento num terreno muito acidentado sem se virar, e ela é capaz disso porque suas pernas são uma combinação de materiais rígidos, o que tradicionalmente usamos para fazer os robôs, e materiais flexíveis. Saltar é outra forma interessante de se locomover quando se é muito pequeno. Então, estes insetos armazenam energia em uma mola e a liberam muito rapidamente para obterem a alta energia que precisam para saltar da água, por exemplo.

Assim, uma das grandes contribuições do meu laboratório foi a de combinar materiais rígidos e flexíveis em mecanismos muito, muito pequenos. Este mecanismo de salto tem cerca de quatro milímetros de um lado, então, é realmente pequeno. O material rígido aqui é de silício, e o flexível é borracha de silicone. E a ideia básica é que vamos comprimir isso, armazenar energia nas molas, e liberá-la para saltar. Portanto, não há motores nele, nenhuma energia. Ele é acionado por um método que no laboratório chamamos "aluno de pós-graduação com pinças." (Risos) O que vocês verão no próximo vídeo é esse cara saltando surpreendentemente bem. Este é o Aaron, o estudante de pós-graduação em questão, com a pinça, e o que vocês veem é esse mecanismo de quatro milímetros saltando quase 40 centímetros de altura. Isso é quase 100 vezes seu próprio comprimento. E ele sobrevive, salta sobre a mesa, é incrivelmente forte, e é claro, sobrevive muito bem até que o perdemos, porque ele é muito pequeno.

Enfim, também queremos adicionar motores nisso, e temos alunos trabalhando em motores de tamanhos milimétricos para poder integrá-los a pequenos robôs autônomos. Mas, para trabalhar com mobilidade e locomoção nesta escala de tamanho, estamos trapaceando e usando ímãs. Isso mostra o que seria parte de uma perna microrrobô, e pode-se ver as juntas de borracha de silicone e há um ímã embutido sendo movido por um campo magnético externo.

Isso nos leva ao robô que eu lhes mostrei mais cedo. O mais interessante que este robô pode nos ajudar a descobrir é como os insetos se movem nessa escala. Temos um modelo muito bom para tudo, desde o movimento de uma barata ao de um elefante. Todos nos movemos dessa forma saltitante quando corremos. Mas quando eu sou bem pequeno, as forças entre os meus pés e o chão afetarão minha locomoção muito mais do que a minha massa, que é o que causa o movimento saltitante. Esse cara ainda não funciona bem, mas temos versões ligeiramente maiores que funcionam. Trata-se de um centímetro cúbico, um centímetro lateral, muito pequeno, e ele percorreu 10 comprimentos corporais por segundo, 10 centímetros por segundo. Ele é bem rápido para um cara tão pequeno, e só é limitado por nossa configuração de teste. Mas isso lhes dá uma ideia de como ele funciona agora. Também podemos imprimir versões 3D dele que podem passar por cima de obstáculos, muito parecidos com a barata que vocês viram anteriormente.

Mas, por fim, queremos adicionar tudo ao robô. Queremos sensação, energia, controle, atuando em conjunto, e nem tudo precisa ser inspirado na biologia Este robô é do tamanho de um Tic Tac. E, neste caso, em vez de ímãs ou músculos para movê-lo, nós usamos foguetes. Este é um material energético microfabricado, e podemos criar minúsculos pixels dele, e podemos colocar um desses pixels na barriga deste robô, e ele vai saltar quando detectar um aumento da luz.

O próximo vídeo é um dos meus favoritos. Temos este robô de 300 miligramas saltando cerca de oito centímetros no ar. Ele tem apenas 4 x 4 x 7 milímetros de tamanho. E vocês verão um grande flash no início quando a energia é iniciada, e o robô dá cambalhotas no ar. Então, houve aquele grande flash, e podemos ver o robô pulando no ar. Portanto, não há cordas, não há fios conectados a ele. Está tudo acoplado, ele pulou em resposta ao aluno acendendo uma lâmpada próxima a ele.

Então vocês podem imaginar todas as coisas legais que poderíamos fazer com robôs que correm, rastejam, saltam e rolam, com esta escala de tamanho. Imaginem os escombros que ficam após um desastre natural como um terremoto. Pensem nesses pequenos robôs atravessando os escombros, procurando por sobreviventes. Ou imaginem um monte de pequenos robôs circundando uma ponte para inspecioná-la e certificar que é segura, assim, não haverá colapsos como este que aconteceu próximo de Minneapolis, em 2007. Ou imagine o que você poderia fazer se houvesse robôs que nadassem através de seu sangue. Certo? "Viagem fantástica", Isaac Asimov. Ou eles poderiam operá-lo sem ter que cortá-lo, em princípio. Ou poderíamos mudar radicalmente a forma de construir coisas se nossos minúsculos robôs trabalharem como os cupins, e construírem esses incríveis montes de oito metros, apartamentos efetivamente bem ventilados para outros cupins na África e Austrália.

Então, eu acho que dei algumas possibilidades do que podemos fazer com esses pequenos robôs. E já fizemos alguns avanços até agora, mas ainda há um longo caminho a trilhar, e espero que alguns de vocês possam contribuir para esse destino.

Muito obrigada.

(Aplausos)

Fonte: TED
[Visto no Brasil acadêmico]

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