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Cornell cria o menor pássaro de origami dobrável do mundo

O pássaro demonstra tecnologia de ponta para criar robôs em nanoescala que dobram automaticamente.

A Universidade Cornell acaba de anunciar o que pode ser o menor pássaro de origami já dobrado. Enquanto um animal típico de origami é o produto das mãos hábeis de um artista, o pássaro Cornell foi dobrado pela aplicação estratégica de pequenas tensões elétricas. Tinha que ser: o material de que a ave é composta tem apenas 30 átomos de espessura.

A expressão criativa não é o objetivo do pequeno pássaro da universidade - sua construção prevê princípios e técnicas que levarão a novas gerações de robôs móveis em escala nano que 'podem permitir o design de material inteligente e a interação com o mundo da biologia molecular', diz Dean Culver, do Laboratório de Pesquisa do Exército do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA, que apoiou a pesquisa.

De acordo com Cornell's Paul McEuen , 'Nós, humanos, nossa característica definidora é que aprendemos como construir sistemas e máquinas complexas em escalas humanas e também em escalas enormes. Mas o que não aprendemos a fazer é construir máquinas em escalas minúsculas. E este é um passo na evolução básica e fundamental daquilo que os humanos podem fazer, de aprender como construir máquinas que são tão pequenas quanto células. '

O autor principal do artigo que descreve o pequeno pássaro é um pesquisador de pós-doutorado Qingkun Liu . O papel , 'Micrometer-Sized Eletrically Programmable Shape Memory Actuators for Low-Power Microrobotics,' é a matéria de capa da edição de 17 de março da revista Science Robotics.

Um enxame minúsculo de ajudantes

O projeto é o resultado de uma colaboração entre o cientista físico McEeuen e o físico Itai Cohen , ambos do Cornell's College of Arts and Sciences. Isso já resultou em um rebanho (muito) pequeno de máquinas e dispositivos em nanoescala.

Cohen explica: 'Queremos robôs microscópicos, mas com cérebros a bordo. Então, isso significa que você precisa ter apêndices que sejam acionados por transistores semicondutores de óxido de metal (CMOS), basicamente um chip de computador em um robô com 100 mícrons de lado. '

A ideia é que esses minúsculos burros de carga - uma metáfora, nenhum cavalo de origami em nanoescala ainda existe - são liberados de uma bolacha, dobram-se no formato desejado e então continuam com seus negócios. O dobramento adicional daria a eles movimento enquanto trabalham, mudariam de forma para mover seus membros e manipulariam objetos microscópicos. Os pesquisadores antecipam que esses nanorrobôs serão capazes de alcançar uma funcionalidade semelhante a seus irmãos maiores.

Crédito: feroz / Adobe Stock

Como um pequeno robô é feito e funciona

O projeto combina a ciência dos materiais com a química, uma vez que o dobramento se dá com o desdobramento estratégico de reações eletroquímicas. Liu explica: 'Nesta pequena escala, não é como a engenharia mecânica tradicional, mas sim química, ciência dos materiais e engenharia mecânica, todas misturadas.'

'A parte difícil', diz Cohen, 'é fazer os materiais que respondem aos circuitos CMOS. E isso é o que Qingkun e seus colegas fizeram com este atuador com memória de forma que você pode acionar com voltagem e mantê-lo em uma forma dobrada. '

Os robôs são construídos a partir de uma camada de platina com nanômetros de espessura revestida com um filme de óxido de titânio. Painéis rígidos de vidro de óxido de silício são fixados na platina. Uma voltagem positiva cria oxidação, forçando os átomos de oxigênio nas junções de platina entre os painéis de vidro e forçando os átomos de platina para fora. Isso faz com que a platina se expanda, o que dobra toda a estrutura de vidro-platina em um ângulo desejado.

Como os átomos de oxigênio se agrupam para formar uma barreira, uma dobra é retida mesmo depois que a carga é desligada. Para desfazer uma dobra, uma carga negativa pode ser aplicada para remover os átomos de oxigênio da costura, permitindo que ela relaxe e se retraia.

Tudo isso acontece muito rapidamente - uma máquina pode se dobrar em apenas 100 milissegundos. O processo também pode ser repetido. A equipe relata que um bot pode se achatar e se redobrar milhares de vezes, e tudo o que é necessário é um único volt de eletricidade.

Afinal arte

Nada disso realmente remove o que se pode considerar a arte. Descobrir como e onde aplicar tensões para obter a forma desejada não é uma coisa simples de fazer. McEuen diz: 'Uma coisa que é bastante notável é que essas pequenas camadas minúsculas têm apenas cerca de 30 átomos de espessura, em comparação com uma folha de papel, que pode ter 100.000 átomos de espessura. Portanto, é um enorme desafio de engenharia descobrir como fazer algo assim ter o tipo de funcionalidade que desejamos. '

Ainda assim, o grupo está ficando muito bom em robótica microscópica e já foi premiado com o recorde mundial Guinness para montar o menor robô ambulante de todos os tempos. O pequeno cara de 4 patas tem 40 mícrons de largura e entre 40 e 70 mícrons de comprimento. Eles estão buscando um novo recorde com seu pássaro de origami de 60 mícrons.

Diz Cohen: 'Esses são os principais avanços em relação aos dispositivos atuais de última geração. Estamos realmente em uma classe própria. '

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