Os pesquisadores criaram um novo metamaterial que pode ajustar dinamicamente sua forma e propriedades em tempo real, oferecendo adaptabilidade sem precedentes para aplicações em robótica e materiais inteligentes. Este desenvolvimento preenche a lacuna entre os materiais atuais e a adaptabilidade observada na natureza, abrindo caminho para o futuro das tecnologias adaptativas. Crédito: UNIST
Inspirando-se na extraordinária adaptabilidade observada em entidades biológicas como o polvo, foi feito um avanço significativo no campo da robótica suave. Sob a orientação do professor Jiyun Kim, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da UNIST, uma equipe de pesquisa desenvolveu com sucesso um material multifuncional codificável que pode ajustar dinamicamente sua forma e propriedades mecânicas em tempo real.
Este metamaterial inovador supera as limitações dos materiais existentes, abrindo novas possibilidades para aplicações em robótica e outros campos que requerem adaptabilidade.
As máquinas leves atuais carecem do nível de adaptabilidade demonstrado por suas contrapartes biológicas, principalmente devido à limitada sintonização em tempo real e ao espaço reprogramável restrito de propriedades e funcionalidades. Para preencher essa lacuna, a equipe de pesquisa introduziu uma nova abordagem utilizando padrões gráficos de rigidez. Ao alternar independentemente os estados de rigidez binária digital (suave ou rígida) de unidades constituintes individuais dentro de uma estrutura auxética simples com vazios elípticos, o material atinge ajuste in situ e gradativo em várias qualidades mecânicas.
Conceito e mecanismo de PPMM para programação in situ de comportamentos mecânicos. Crédito: UNIST
O material programável digitalmente exibe capacidades mecânicas notáveis, incluindo mudança de forma e memória, resposta tensão-deformação e relação de Poisson sob carga compressiva. Além disso, demonstra funcionalidades orientadas para a aplicação, como absorção de energia ajustável e reutilizável e fornecimento de pressão. Este material inovador serve como um trampolim para o desenvolvimento de robôs flexíveis totalmente adaptáveis e máquinas interativas inteligentes.
Materiais e aplicações inovadores
“Desenvolvemos um metamaterial que pode implementar as características desejadas em minutos, sem a necessidade de hardware adicional”, afirmou Jun Kyu Choe (Programa Combinado de MS/Ph.D. de Ciência e Engenharia de Materiais, UNIST), o primeiro autor do estudo. . “Isso abre novas possibilidades para materiais adaptativos avançados e para o desenvolvimento futuro de robôs adaptativos.”
A equipe de pesquisa demonstrou o potencial do material ao demonstrar um “material adaptável de absorção de energia de choque”, que ajusta suas propriedades em resposta a impactos inesperados. Ao minimizar a força transmitida ao objeto protegido, este material reduz significativamente o risco de danos ou ferimentos. Além disso, a equipe utilizou o metamaterial como um “material de transmissão de força”, capaz de aplicar forças em locais e horários desejados. Ao inserir comandos digitais específicos, o material opera seletivamente interruptores de LED adjacentes, permitindo controle preciso sobre os caminhos de transmissão de força.
Capacidades de mudança de forma e memória de forma. Crédito: UNIST
O professor Kim enfatizou a compatibilidade deste metamaterial com tecnologias de inteligência artificial, como aprendizagem profunda, bem como com tecnologias e dispositivos digitais existentes. “Este metamaterial, capaz de converter informação digital em informação física em tempo real, abrirá caminho para novos materiais inovadores que possam aprender e se adaptar ao seu ambiente”, acrescentou o professor Kim.
Referência: “Metamaterial Mecânico Digital: Codificando Informações Mecânicas com Padrão de Rigidez Gráfica para Máquinas Suaves Adaptáveis” por Jun Kyu Choe, Jiyoon Yi, Hanhyeok Jang, Heejae Won, Suwoo Lee, Hajun Lee, Yeonwoo Jang, Hyeonseo Song e Jiyun Kim, 18 de outubro 2023, Materiais avançados.
DOI: 10.1002/adma.202304302
A pesquisa, publicada na edição de janeiro de 2024 da Materiais avançados, foi selecionado como contracapa. O projeto recebeu apoio da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia (NRF), do Ministério da Ciência e TIC (MSIT) e do Instituto Coreano de Materiais (KIMS).
