Cientistas desenvolveram um polímero ferroelétrico que promete um avanço na robótica flexível

Os robôs se tornarão não apenas mais inteligentes, mas também mais flexíveis. Pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia desenvolveram um polímero ferroelétrico que converte eficientemente energia elétrica em deformação mecânica. Potencialmente adequado para uso em dispositivos médicos e robótica, este material supera as limitações piezoelétricas tradicionais. Os pesquisadores melhoraram o desempenho criando um nanocompósito de polímero, reduzindo significativamente a força do campo necessária para a deformação, o que amplia o potencial de aplicação.

Fonte da imagem: Qing Wang / psu.edu

Um novo tipo de polímero ferroelétrico que é excepcionalmente bom em converter energia elétrica em deformação mecânica promete ser um controlador de movimento de alto desempenho ou atuador linear com grande potencial para aplicações em dispositivos médicos, robótica avançada e sistemas de posicionamento de precisão, de acordo com uma equipe internacional de pesquisadores liderados pela Universidade da Pensilvânia (PSU).

A deformação mecânica – a mudança na forma de um material quando uma força é aplicada – é uma propriedade importante para um atuador, que é qualquer material que muda ou se deforma quando uma força externa, como energia elétrica, é aplicada. Tradicionalmente, os materiais dos atuadores são rígidos, mas as contrapartes macias mostram maior flexibilidade e adaptabilidade ao ambiente.

O estudo demonstrou o potencial dos nanocompósitos de polímeros ferroelétricos para superar as limitações dos compósitos de polímeros piezoelétricos tradicionais, oferecendo um caminho promissor para o desenvolvimento de atuadores macios com melhores características de deformação e densidade de energia mecânica. Os atuadores macios são de particular interesse para os pesquisadores de robótica devido à sua força, potência e flexibilidade.

«Poderíamos potencialmente ter um tipo de robótica leve que chamamos de músculos artificiais. Isso nos permitirá obter matéria mole capaz de suportar uma grande carga, além de uma grande deformação. Assim, esse material imitará mais de perto o músculo humano”, disse Qing Wang, professor de ciência e engenharia de materiais da Universidade da Pensilvânia e coautor do estudo.

No entanto, antes que esses materiais possam atender às expectativas dos cientistas, eles precisam superar vários obstáculos, e o estudo propôs possíveis soluções para esses problemas. A primeira é como aumentar a força de impacto de materiais macios. Os cientistas sabem que os materiais de desempenho macio, que são polímeros, têm mais deformação, mas geram muito menos força em comparação com as cerâmicas piezoelétricas.

O segundo problema é que um acionamento de polímero ferroelétrico normalmente requer um campo de acionamento muito alto, ou seja, uma força que impõe uma mudança no sistema, como uma mudança na forma. Neste caso, um alto campo de condução é necessário para criar a mudança na forma do polímero necessária para a reação ferroelétrica necessária para se tornar um atuador.

A solução proposta para melhorar o desempenho dos polímeros ferroelétricos foi desenvolver um nanocompósito de percolação baseado em um polímero ferroelétrico – uma espécie de adesivo microscópico preso ao polímero. Ao incorporar nanopartículas em um tipo de polímero, o fluoreto de polivinilideno, os pesquisadores criaram uma rede interconectada de polos dentro do polímero.

«Este novo material pode ser usado para muitos dispositivos que exigem um campo de condução baixo para serem eficazes, como dispositivos médicos, dispositivos ópticos e robótica leve”, disse o professor Qing Wang. É seguro dizer que este material se tornará indispensável em dispositivos para operações neurocirúrgicas remotas.

Um novo polímero ferroelétrico desenvolvido por pesquisadores da Pensilvânia representa um avanço significativo em robótica e dispositivos médicos. Capaz de converter eficientemente energia elétrica em deformação mecânica, este material promete ser um controlador de movimento altamente eficiente. O estudo destaca o potencial dos nanocompósitos de polímeros ferroelétricos para superar as limitações dos compósitos de polímeros piezoelétricos tradicionais, abrindo um caminho promissor para o desenvolvimento de atuadores macios com melhores características de deformação e densidade de energia mecânica. Essa descoberta pode levar à criação de um novo tipo de robótica leve, que pode ser chamada de músculos artificiais, e representa um importante passo nesse campo.