Garra robótica biestável
As garras robóticas têm-se tornado mais precisas e adequadas para operações sensíveis ao utilizar materiais macios e flexíveis, como músculos artificiais, para imitar o comportamento de preensão humano. No entanto, essa solução exige um fornecimento contínuo de energia para manter a preensão, o que limita as aplicações práticas.
Por isso, Jie Zhang e colegas da Universidade de Tecnologia de Dalian, na China, foram buscar inspiração na natureza para criar uma garra robótica biestável inovadora, que mantém a preensão sem a necessidade de fornecimento de energia. Ela também pode ajustar a força necessária para alternar entre os estados aberto e fechado, o que a torna adequada para uma ampla variedade de tarefas.
O objetivo era fabricar uma “estrutura biestável”, um dispositivo que possui dois estados mecânicos estáveis: Aberto e fechado. Uma vez que uma garra biestável muda de estado, ela pode manter esse estado sem a necessidade de energia ou força contínua. As transições entre esses estados ocorrem em um movimento rápido e instantâneo, que pode acontecer num piscar de olhos.
“As cápsulas de sementes do gênero Impatiens apresentam um mecanismo notável de modulação da barreira de energia. Durante o crescimento, as cápsulas mantêm uma alta barreira de energia para evitar a dispersão prematura das sementes. Ao amadurecerem, a barreira de energia é consideravelmente reduzida, tornando-as altamente sensíveis a estímulos externos. Consequentemente, até mesmo uma gota de chuva pode desencadear a explosão das cápsulas maduras, facilitando a dispersão eficiente das sementes. Inspirada por essa modulação dinâmica da barreira de energia, nossa garra robótica biestável alcança uma manipulação sensível e com baixo consumo de energia,” explicou o professor Haijun Peng.
Biomimetismo
Para construir sua garra robótica biomimética, imitando a cápsula de sementes, a equipe usou uma viga elástica montada na extremidade inferior de garras semelhantes a dedos. A viga fica presa por meio de grampos, sendo estes conectados a eixos rotativos, controlados por um motor. É esse motor que permite a modulação dinâmica da barreira de energia.
Inicialmente, a viga permanece em uma configuração plana monoestável. Para ativar o mecanismo, o motor aciona o eixo rotativo, curvando a viga ligeiramente para cima e colocando-a em um estado estável. Nesse estado aberto, a viga possui uma baixa barreira de energia, o que deixa altamente sensível. Quando um objeto pressiona a viga, ela se curva para dentro, fechando-se instantaneamente, e então mantendo a baixa barreira de energia nesse segundo estado, pronta para reverter novamente.
Para melhorar ainda mais a capacidade de preensão, o motor pode curvar a viga ainda mais, aumentando significativamente sua barreira de energia e, consequentemente, sua resistência e estabilidade. Esse processo é totalmente repetível, permitindo que a garra se adapte a diferentes tarefas e ambientes.
A barreira de energia ajustável permite que a garra alcance um comportamento de preensão rápido, flexível e potente. Em seu estado de baixa barreira de energia, a garra exige apenas 0,66 newtons de força de acionamento para iniciar a preensão. No estado fechado, de alta barreira de energia, ela pode suportar 12,08 newton de força antes de abrir, demonstrando uma excepcional relação entre falhas e acionamentos.
Das plantas para os pássaros
Para demonstrar as aplicações práticas da nova garra, a equipe a integrou em um veículo aéreo não tripulado (VANT). Isso permite que o VANT pouse como um pássaro, travando firme sobre um galho e ficando pousado de modo estável, até receber um comando para se abrir.
No estado de alta barreira energética, o VANT permaneceu firmemente ancorado ao galho, resistindo até mesmo a fortes rajadas de vento sem a necessidade de fornecimento contínuo de energia. Para se soltar, a garra robótica pôde ser facilmente controlada via Bluetooth.
Além do pouso, essa integração amplia significativamente a funcionalidade do VANT, permitindo que ele leve sensores a bordo para monitoramento ambiental ou se ancore em diversas superfícies e objetos.
“Com sua resposta rápida, forças de interação programáveis e projeto simples porém eficiente, nossa garra robótica abre novos caminhos para sistemas robóticos de próxima geração. Esse mecanismo exclusivo pode expandir significativamente a funcionalidade dos robôs para diversas aplicações,” comentou Jianing Wu, membro da equipe.
Bibliografia:
Artigo: Instant Energy Barrier Modulation in Bistable Robotic Grippers for Compliant Triggering and Powerful Grasping
Autores: Jie Zhang, Hao Yang, Chenyu He, Hanfei Ma, Yuwen Zhao, Zongyu Zhang, Shengming Li, Wei Wang, Jinzhao Yang, Jianing Wu, Haijun Peng
Revista: Research
Vol.: 8, Article ID: 0737
DOI: 10.34133/research.0737