Robôs em escala de insetos, inspirados na agilidade e adaptabilidade dos insetos, têm potencial para serem empregados em uma variedade de indústrias, onde podem assumir um conjunto diversificado de aplicações. Uma aplicação proeminente é no campo do monitoramento ambiental. Robôs à escala de insetos equipados com sensores podem navegar em áreas de difícil acesso, como vegetação densa ou espaços confinados, para recolher dados valiosos sobre as condições ambientais. Isto poderia incluir a monitorização da qualidade do ar e da água, o acompanhamento da vida selvagem ou a avaliação do impacto das alterações climáticas em ecossistemas complexos.
Além disso, robôs em escala de insetos são promissores na área médica. Esses pequenos robôs poderão um dia ser usados para entrega direcionada de medicamentos dentro do corpo humano, navegando através dos vasos sanguíneos e entregando medicamentos com precisão em locais específicos. Esses microrobôs poderiam revolucionar os tratamentos médicos, minimizando a invasividade e aumentando a precisão da administração de medicamentos.
No entanto, a fabricação de pequenos robôs apresenta um grande conjunto de desafios, principalmente devido às restrições de tamanho. Encontrar atuadores pequenos o suficiente para caber nos corpos em miniatura e ao mesmo tempo fornecer energia suficiente é um grande obstáculo. Os atuadores são componentes cruciais que permitem o movimento em robôs e, na escala dos insetos, os atuadores tradicionais são muito grandes e consomem muita energia. Os pesquisadores estão explorando materiais e mecanismos inovadores para desenvolver atuadores compactos e eficientes, capazes de gerar as forças necessárias para o movimento desses pequenos robôs.
Robôs minúsculos inspirados em insetos (📷: C. Trygstad et al.)
Uma colaboração entre engenheiros da Washington State College e da Flyby Robotics resultou em um avanço significativo na tecnologia de atuadores em microescala que poderia ajudar a impulsionar o campo. Eles desenvolveram um pequeno, atuador sub-um miligrama que é capaz de levantar 155 vezes o seu próprio peso – que supera até mesmo as formigas, que são conhecidas por sua capacidade de carregar impressionantes 20 vezes o seu próprio peso. Para demonstrar as capacidades deste atuador, a equipe construiu um par de robôs inspirados em insetos, incluindo um rastreador de oito miligramas e um robô de 56 miligramas que pode andar na superfície da água.
Atuadores piezoelétricos e eletromagnéticos são os tipos mais frequentemente implementados em microrobôs. No entanto, estes sistemas podem não ter energia suficiente nesta escala e também provaram ser um desafio para utilização fora de ambientes laboratoriais controlados. Por esse motivo, a equipe construiu um atuador baseado em liga com memória de forma. Esses materiais são deformados de maneira previsível quando aquecidos por uma corrente elétrica, então “lembram” de sua forma authentic e voltam a ela quando a fonte de calor é removida. Criticamente, eles são leves e podem produzir uma quantidade substancial de força.
Estas ligas com memória de forma têm, no entanto, uma desvantagem: são demasiado lentas para muitas aplicações. A equipe superou esse problema utilizando um par de pequenos fios de liga com memória, medindo apenas 1/1.000 de polegada de diâmetro, em cada atuador. A espessura dos fios permite que eles aqueçam e esfriem muito rapidamente, e foi demonstrado que eles são capazes de alternar entre estados 40 vezes por segundo. Esta propriedade também minimiza o peso dos atuadores, que pesam apenas 0,96 miligramas.
Função do atuador baseado em liga com memória de forma (📷: C. Trygstad et al.)
Tanto o robô rastejante, chamado MiniBug, quanto o rastreador de tensão superficial da água, chamado WaterStrider, podem se mover a um ritmo de cerca de seis milímetros por segundo. Embora isso seja rápido para microrobôs, não impressionaria um inseto actual – as formigas podem andar a quase um metro por segundo. Essa discrepância provavelmente se deve aos movimentos mais sofisticados dos insetos reais em comparação com esses robôs do que às capacidades dos atuadores. Mas, em qualquer caso, este é um importante passo em frente. Os pesquisadores afirmam que seu atuador é o menor e mais rápido já desenvolvido para microrobótica.
Como próximo passo, a equipe planeja construir outro robô baseado em um inseto diferente. Eles também estão explorando uma série de opções para transportar as fontes de alimentação dos robôs a bordo, de modo que não precisem ser conectados a uma fonte de alimentação externa.