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Jul 30, 2023

Pesquisador do WPI desenvolve robôs imprimíveis em 3D para pesquisa

O pesquisador do Worcester Polytechnic Institute (WPI), Markus Nemitz, recebeu o prêmio CAREER de US$ 599.815 da National Science Foundation para desenvolver uma nova classe de produtos imprimíveis em 3D personalizáveis ​​e de baixo custo.

O pesquisador do Worcester Polytechnic Institute (WPI), Markus Nemitz, recebeu o prêmio CAREER de US$ 599.815 da National Science Foundation para desenvolver uma nova classe de robôs macios personalizáveis ​​e de baixo custo para impressão em 3D. Capazes de atravessar ambientes desafiadores, espera-se que estes robôs sejam eventualmente utilizados em operações de busca e salvamento.

Os robôs macios são construídos com materiais altamente maleáveis, permitindo movimentos flexíveis semelhantes aos de organismos vivos que os robôs tradicionais não conseguem replicar. Isto torna os robôs leves particularmente adequados para missões de busca e resgate, onde podem ser obrigados a nadar, rastejar, escalar e mergulhar em espaços confinados.

A pesquisa de Nemitz se concentrará no desenvolvimento de robôs impressos em 3D pequenos e flexíveis com circuitos fluídicos integrados que podem ser rapidamente produzidos e personalizados para condições específicas de desastre. Os robôs serão testados num modelo miniaturizado que reproduz partes da caverna Tham Luang, na Tailândia, onde as inundações prenderam 12 jovens jogadores de futebol e o seu treinador em 2018.

Tendo iniciado em 1º de agosto, o projeto de pesquisa deverá decorrer até 31 de julho de 2028.

“Os desastres muitas vezes exigem respostas únicas e especializadas, como foi exigido para a crise da caverna Tham Luang”, comentou Nemitz, que é professor assistente no Departamento de Engenharia Robótica do WPI.

“Existe um imenso potencial no desenvolvimento de pequenos robôs que são rapidamente fabricados a partir de materiais macios e flexíveis. Esses robôs podem ajudar significativamente nos esforços de resgate, explorando áreas que representam riscos potenciais para os seres humanos ou que são de outra forma inacessíveis, incluindo destroços de terremotos, regiões inundadas e até mesmo locais de acidentes nucleares.”

Desenvolvimento de robôs de busca e resgate impressos em 3D

Através deste projeto, Nemitz trabalhará para desenvolver novos princípios para projeto e fabricação de robôs, combinando inteligência mecânica, circuitos fluídicos impressos em 3D e eletrônica flexível.

A inteligência mecânica utiliza as geometrias e propriedades dos materiais do robô para se adaptar a condições inesperadas, reduzindo significativamente a capacidade computacional exigida pelos robôs.

Os circuitos fluídicos usam o movimento do fluido em canais flexíveis dentro do robô para converter sinais de estímulos externos em comandos que controlam as funções do robô. Esses circuitos podem ser integrados diretamente no corpo dos robôs e não perdem funcionalidade quando dobrados ou torcidos. Nemetz pretende desenvolver robôs impressos em 3D com máquinas de estado fluídico integradas que respondam a sensores fluídicos e controlem atuadores fluídicos. Como tal, o projeto procurará desenvolver uma nova classe de portas fluídicas complementares e elementos de memória eletrofluídica.

Eletrônica flexível e extensível, possuindo alta tolerância à deformação dinâmica, também será empregada. Os circuitos eletrônicos flexíveis e as interconexões eletrofluídicas serão integradas aos robôs usando tintas condutoras e elastômeros. O papel da eletrônica dentro dos robôs será limitado à seleção de funcionalidades fluídicas, à funcionalização de sensores fluídicos e à gravação de programas na memória fluídica.

Impressoras 3D comerciais e filamentos elastoméricos serão usados ​​para produzir os robôs. Para garantir a sua viabilidade, Nemitz avaliará o tempo necessário para projetar e imprimir os robôs em 3D. A capacidade dos robôs de atingir alvos designados dentro do sistema de cavernas modelo baseado em laboratório também será avaliada.

“Equipados com sensores como microfones e câmeras, esses robôs irão aprimorar as capacidades dos socorristas, especialmente durante desastres naturais”, explicou Nemitz. “Para garantir uma resposta dinâmica e rápida às emergências, devemos inovar e desenvolver continuamente novas tecnologias. A robótica está na vanguarda deste desenvolvimento.”

Como parte deste projeto, Nemitz também lançará um acampamento de verão prático sobre robótica exclusivamente para estudantes do ensino médio no condado de Worcester. Isto está alinhado com o plano do WPI de lançar um novo curso de graduação sobre robôs imprimíveis em 3D.