Transformando Poluição em Robôs
A cada ano, o refino de petróleo gera dezenas de milhões de toneladas métricas de enxofre elementar como subproduto. A grande maioria deste enxofre é estocada em blocos enormes perto de refinarias ou utilizada em aplicações industriais limitadas, como produção de fertilizantes. Representa um dos problemas de gerenciamento de resíduos mais visíveis da indústria petrolífera.
Um time de pesquisa coreano encontrou uma forma de transformar este fluxo de resíduos industriais em robôs suaves totalmente recicláveis que se movem autonomamente. Utilizando um método de impressão 4D demonstrado pela primeira vez, o time liderado por Dr. Dong-Gyun Kim do Korea Research Institute of Chemical Technology, Professor Jeong Jae Wie de Hanyang University, e Professor Yong Seok Kim de Sejong University produziu uma nova classe de material que une sustentabilidade e robótica de ponta de forma inesperada.
O que é Impressão 4D?
A impressão 3D padrão produz objetos estáticos — formas fixadas após o processo de impressão. A impressão 4D adiciona uma quarta dimensão: o tempo. Objetos criados através de impressão 4D são projetados para mudar sua forma, estrutura ou propriedades após fabricação quando expostos a gatilhos ambientais específicos. O resultado é um objeto impresso que não é um produto terminado mas um material programado que se comporta dinamicamente em resposta ao seu ambiente.
O time coreano tornou isto possível ao engenheirar uma nova classe de polímero rico em enxofre chamado redes de poly(fenileno polissulfeto), ou PSN. Estes polímeros são sintetizados a partir de enxofre elementar e pequenas moléculas aromáticas através de uma reação chamada vulcanização inversa — um processo que converte a forma instável e cristalina do enxofre em um polímero estável e amorfo com propriedades mecânicas programáveis.
Como os Robôs se Movem
Os materiais PSN são responsivos a estímulos — eles mudam suas dimensões físicas ou comportamento mecânico quando expostos a gatilhos externos. O time demonstrou resposta a três diferentes estímulos: calor, luz (através de conversão fototérmica) e campos magnéticos quando misturados com nanopartículas magnéticas.
Ao projetar a geometria de estruturas PSN impressas em 4D e escolher onde diferentes composições de material são colocadas dentro dessas estruturas, os pesquisadores podem programar sequências específicas de deformação — o robô se enrola quando aquecido, se endireita quando resfriado, se dobra em direção a um campo magnético. Estes comportamentos mecânicos programados, combinados com a capacidade do material para grande deformação reversível, produzem locomoção autônoma quando o robô é colocado em um ambiente apropriado.
A Vantagem da Reciclabilidade
Uma das propriedades mais comercial e ambientalmente significativas dos robôs suaves baseados em PSN é sua reciclabilidade. Ao contrário de elastômeros convencionais utilizados em robótica suave, redes PSN contêm ligações dinâmicas de enxofre-enxofre covalentes que podem ser clivadas e reformadas sob condições apropriadas. Um robô PSN danificado ou no final de sua vida pode ser dissolvido, reprocessado e reimpresso sem perda significativa de material — um ciclo de vida material genuinamente circular.
A combinação de uma matéria-prima derivada de resíduos e um ciclo de vida de material reciclável dá à plataforma PSN um perfil de sustentabilidade incomum na pesquisa de materiais avançados. A maioria dos materiais de alto desempenho envolvem componentes raros ou de difícil reciclagem; a abordagem PSN constrói desempenho a partir de um fluxo de resíduos abundante e preserva aquele material em forma recuperável ao longo de todo o ciclo de vida do produto.
Aplicações Potenciais
Robótica suave — robôs construídos a partir de materiais complacentes e deformáveis em vez de estruturas rígidas — têm aplicações onde robôs convencionais são inadequados. Dispositivos médicos minimamente invasivos que navegam através de cavidades corporais, garras que manipulam objetos delicados sem danos, robôs de inspeção que passam por espaços confinados irregulares, e robôs de busca e resgate que se deformam para passar através de escombros são todas áreas ativas de desenvolvimento de robótica suave. A responsividade autônoma da plataforma PSN a estímulos ambientais, combinada com sua reciclabilidade e matéria-prima derivada de resíduos, a posiciona como uma contribuição potencialmente significativa para este campo.
Este artigo é baseado em reportagem da Interesting Engineering. Leia o artigo original.
Originally published on interestingengineering.com