Músculos artificiais de papel podem ser feitos até à mão

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Garra robótica construída para demonstrar o potencial dos músculos artificiais de papel.[Imagem: Carnegie Mellon University]

Músculo artificial de papel

Um dos materiais mais antigos, versáteis e baratos - o papel - aparentemente ganha vida, curvando, dobrando ou mesmo desamarrotando-se, tudo por meio de uma tecnologia de atuação de baixo custo.

Uma fina camada de um termoplástico condutor, aplicada a um papel comum - por uma impressora 3D ou mesmo à mão - transforma o inerte papel em um atuador reversível de baixo custo - essencialmente um músculo artificial de papel.

Quando uma corrente elétrica é aplicada, o termoplástico aquece e se expande, fazendo com que o papel se dobre; quando a corrente é desligada, o papel retorna a uma forma predeterminada.

"A maioria dos robôs - mesmo aqueles que são feitos de papel - exige um motor externo. O nosso não, o que cria novas oportunidades não apenas para robótica, mas para arte interativa, entretenimento e aplicações domésticas," disse Lining Yao, da Universidade Carnegie Mellon, nos EUA.

Para demonstrar toda essa versatilidade, Yao projetou e construiu diversos tipos de atuadores, incluindo alguns baseados em formas de origami e kirigami, o que permitiu a criação de estruturas que podem se transformar em bolas ou cilindros. Mas também é possível construir objetos mais elaborados, como um abajur que muda de forma para alterar sua própria luminosidade, ou uma versão artificial da planta mimosa, cujas folhas se fecham sequencialmente quando uma delas é tocada.

A mesma técnica de criação de atuadores usada sobre o papel poderá ser usada para plásticos e tecidos.

Estes galhos de papel funcionam exatamente como as folhas da mimosa (Mimosa pudica): basta tocar em uma das folhas para que todas se fechem em sequência. [Imagem: Carnegie Mellon University]

Atuador de papel

A fabricação do atuador de papel é um processo relativamente simples. Ele emprega o tipo mais barato de impressora 3D, a chamada impressora FFM (fabricação por fusão de filamento), que lança um filamento contínuo de termoplástico derretido. Yao usou um filamento de impressão disponível no mercado - compósito poliactida de grafeno - que conduz eletricidade.

O atuador termoplástico é impresso sobre um papel comum, em uma camada com apenas meio milímetro de espessura. Depois de aquecido em um forno ou com uma pistola de ar quente, o papel é dobrado na forma desejada e deixado para esfriar. Esta será a forma padrão do objeto.

A seguir, fios são conectados ao atuador, para levar a corrente elétrica que irá aquecer o atuador, fazendo com que o termoplástico se expanda e, assim, endireite o papel. Quando a corrente é desligada, o papel retorna automaticamente à sua forma padrão.

Todos os protótipos são funcionais, mas a atuação ainda é lenta, o que Yao espera resolver com alguma engenharia de materiais - usando papéis com melhor condução térmica e desenvolvendo filamentos de impressão específicos para uso em atuadores.

Bibliografia:

Printed Paper Actuator: A Low-cost Reversible Actuation and Sensing Method for Shape Changing Interfaces
Guanyun Wang, Tingyu Cheng, Youngwook Do, Humphrey Yang, Ye Tao, Jianzhe Gu, Byoungkwon An, Lining Yao
Proceedings of the 2018 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems
Vol.: 1 - Paper No. 569
DOI: 10.1145/3173574.3174143