Fibras macias funcionam como motores para tecnologia vestível

Fibra muscular artificial

Uma nova classe de músculos artificiais, fibras atuadoras macias que podem dobrar, contrair e produzir movimentos complexos, deverá fazer a diferença nos exoesqueletos e demais dispositivos médicos vestíveis, para os quais atuadores mecânicos rígidos, como os motores, não são adequados.

Acionadas eletricamente, essas fibras atuadoras macias oferecem um novo caminho para a construção de robôs flexíveis mais seguros e dispositivos vestíveis adaptáveis ao corpo, projetados para interagir de perto e em contato com as pessoas.

A maioria dos atuadores convencionais, mesmo os chamados músculos artificiais, ainda depende de materiais metálicos, como as ligas com memória de forma. Esses materiais costumam ser relativamente rígidos, com graus de liberdade limitados e normalmente exigem métodos de ativação envolvendo aquecimento ou ímãs externos.

Para superar esses inconvenientes, Yuto Akimoto e colegas da Universidade Tohoku, no Japão, adaptaram uma técnica de fabricação usada para a produção de fibras ópticas, conhecida como trefilação térmica, e a utilizaram para criar uma fibra flexível de polímero.

As fibras atuadoras resultantes têm a espessura de um fio de cabelo humano, mantendo a maciez e a flexibilidade mecânica do polímero.

“Ao combinar técnicas de fabricação de fibras com materiais eletroativos macios, conseguimos criar um dos atuadores elétricos mais finos e macios já relatados em formato de fibra,” disse o professor Yuanyuan Guo. “Como o atuador se comporta como um fio, ele pode ser facilmente integrado a tecidos e estruturas flexíveis.”

Fibras multifuncionais

O cerne do novo músculo artificial é um poliuretano termoplástico, um material altamente flexível, que funciona como um elastômero dielétrico, ou seja, ele se deforma quando submetido a um campo elétrico. Ao identificar condições de processamento compatíveis com o estiramento térmico, a equipe conseguiu produzir fibras que respondem à voltagem curvando-se, contraindo-se e gerando movimentos ondulatórios em três dimensões.

O formato filamentoso da fibra é particularmente importante para aplicações práticas. Ao contrário de atuadores planos ou volumosos, a nova fibra pode ser enrolada em espirais, tricotada em tecidos ou tecida ela mesma para formar estruturas tridimensionais complexas.

Isso permite que o atuador gere movimentos difíceis de alcançar com sistemas planares convencionais, mantendo uma sensação mecânica macia, semelhante à borracha, adequada para contato direto com o corpo humano.

Essas características tornam a tecnologia especialmente útil para robótica vestível, dispositivos assistivos e outros sistemas projetados para interagir com segurança com pessoas. Como o atuador é macio e altamente flexível, ele pode produzir movimentos controlados sem componentes rígidos, que podem causar desconforto ou problemas de segurança, e ainda são muito mais pesados e consomem muita energia.

A equipe agora pretende integrar capacidades adicionais às fibras, como funções de sensoriamento e canais fluídicos, desenvolvendo fibras multifuncionais que possam tanto perceber o ambiente quanto se mover em resposta a ele, possibilitando uma nova geração de tecnologias robóticas macias.