Cientistas criaram uma água-viva robótica sem bateria que nada mais rápido do que qualquer outro robô e pode curar pessoas por dentro.

O dispositivo, batizado de Robô Magnético Flexível Água-viva (J-MSR, na sigla em inglês), imita o movimento de águas-vivas reais por meio da contração e relaxamento coordenados de suas conchas. Em vez de uma fonte de energia interna, ele é controlado externamente por meio de campos magnéticos, o que permite que o robô permaneça leve e flexível. O J-MSR pode se mover em meios líquidos a velocidades recordes, realizando tarefas biomédicas complexas.

Imagem ilustrativa / Fonte da imagem: interestingengineering.com

Os desenvolvedores modelaram o sistema usando uma simulação totalmente acoplada de estado sólido, fluido magnético e estado sólido. Isso permitiu o ajuste fino de diversos parâmetros, incluindo a densidade do fluxo magnético e as fases de propulsão. O objetivo era reduzir o arrasto e aumentar o empuxo. Foi utilizado um modelo assimétrico, semelhante ao movimento das águas-vivas naturais, em que a fase de contração é mais rápida que a fase de recuperação. Esse desequilíbrio ajuda a impulsionar mais fluido para trás, mantendo a estabilidade durante as fases de deslizamento, melhorando a eficiência geral.

“As águas-vivas vivas nadam, criando assimetria espacial e temporal — sua fase de contração é mais rápida e cobre uma área maior que sua fase de recuperação”, explicou o pesquisador principal, Professor Quanliang Cao. “Imitamos essa estratégia usando um formato de campo magnético trapezoidal assimétrico, mas fomos além da simples emulação.” Otimizamos sistematicamente seis parâmetros da forma de onda, incluindo a densidade do fluxo magnético positivo e negativo e a duração das fases de pré-carga, contração, deslizamento e recuperação.

Fonte da imagem: magnific.com

Graças a formas de onda otimizadas, o robô atingiu uma velocidade de natação de 14,85 comprimentos corporais por segundo, apesar da flutuabilidade negativa. Esta é uma conquista significativa em comparação com robôs semelhantes anteriores, cuja velocidade máxima não ultrapassava 10 comprimentos corporais por segundo. Os pesquisadores atribuem essa melhoria a uma combinação de contração rápida e uma fase de deslizamento cuidadosamente ajustada, que reduz o arrasto.

Em testes com um modelo de estômago de porco, o J-MSR demonstrou a capacidade de alternar entre múltiplos modos de movimento para superar obstáculos. Ajustando os padrões de magnetização interna e utilizando um sistema de bobina de Helmholtz de três eixos, o robô pode se mover em ângulos de 0° a 122°, rolar, subir rampas e navegar por caminhos estreitos ou curvos.

Os pesquisadores demonstraram a geração de energia sem fio e a ativação funcional utilizando campos magnéticos de dupla frequência. Os campos de baixa frequência controlavam o movimento, enquanto os campos de alta frequência habilitavam funções integradas, como aquecimento ou geração de sinal.

O robô possui uma cavidade central de 10 mm de diâmetro para acomodar cargas úteis como sensores ou instrumentos médicos. Durante as demonstrações, ele carregou LEDs, bobinas sem fio e microagulhas sem perder a eficiência de propulsão. Um sistema de densidade variável permitiu que o robô inflasse temporariamente e alterasse sua flutuabilidade através da evaporação de um líquido de baixo ponto de ebulição. Isso possibilitou que ele agarrasse objetos e subisse com eles.

Em testes biomédicos, uma microagulha acoplada a um robô alcançou uma precisão de 4,4 ± 1,85 mm em um modelo de estômago. O sistema também funcionou com uma cápsula endoscópica, inclinando-se até 21,8° para obter múltiplos ângulos de visão dentro do ambiente gástrico. O desenvolvimento futuro se concentrará no controle 3D completo, na otimização baseada em aprendizado de máquina e na navegação autônoma em circuito fechado para aplicações médicas.

O estudo demonstrou como a robótica flexível pode combinar dinâmica de fluidos, controle magnético e funcionalidade biomédica em uma única plataforma sem fonte de energia integrada. “Acreditamos que esta plataforma abrirá novas possibilidades para diagnósticos e tratamentos minimamente invasivos, desde imagens gástricas até a administração direcionada de medicamentos, tudo sem energia integrada ou cabos”, concluiu o Professor Cao.

O artigo, “Robôs Flexíveis Magnéticos Ultrarrápidos e Versáteis Inspirados em Águas-Vivas para Aplicações Biomédicas”, foi publicado na revista Cyborg and Bionic Systems.