No futuro, espera-se que os robôs atuem como ajudantes versáteis, ou seja, os papéis dos robôs serão amplamente expandidos em todos os lugares, de fábricas a residências, da terra ao espaço, do meio civil ao militar e do mecanizado ao engenhoso. Essas mudanças exigem versatilidade e adaptabilidade para uma gama mais ampla de ocasiões. 

Na natureza, por exemplo, os animais podem atender a essa exigência, pelo fato de seus corpos serem compostos de materiais macios (como os músculos). Inspirados por isso, os robôs macios foram estudados e desenvolvidos nos últimos anos e são considerados candidatos promissores para fornecer versatilidade adicional aos robôs.

Os materiais inteligentes geralmente apresentam uma variedade de funções, como características de resposta, detecção, feedback, autodiagnóstico, autocorreção e auto-adaptação. 

O metal líquido oferece várias vantagens, incluindo baixo ponto de fusão, baixa viscosidade, alta condutividade elétrica e condutividade térmica. Isso sugere que o módulo de Young de um componente funcional baseado em um metal líquido cobre uma ampla faixa nesse módulo. 

Além disso, os metais líquidos com a capacidade desejável de alternar entre várias morfologias podem exibir uma riqueza de comportamentos de resposta inteligentes a estímulos externos. 

Devido à sua alta condutividade elétrica, condutividade térmica, baixos pontos de transição de fase, tensão superficial e interfaces ativas, os metais líquidos não apenas respondem a múltiplos campos externos (como campos elétricos e magnéticos, luz e calor), mas também demonstram características inteligentes. 

Com isso, os metais líquidos surgem como uma nova classe de materiais inteligentes. Ao utilizar as vantagens de metais líquidos e outros materiais sinérgicos, uma série de propriedades inteligentes de compósitos de metal líquido foram descobertas, apontam os autores. 

Consequentemente, espera-se que materiais inteligentes de metal líquido resolvam o compromisso entre suavidade e precisão exigidas, abrindo novas possibilidades para a robótica “macia”.

À medida que a complexidade dos sistemas aumenta, espera-se que propriedades inteligentes imprevisíveis apareçam também e a construção efetiva de um sistema compósito de metal líquido pode se tornar um desafio. 

Assim, estudos devem ser realizados para a construção de sistemas compósitos de metal líquido capazes de trabalhar em conjunto com outros materiais. Os autores apontam que além de soluções, partículas e polímeros, explorar as interações de outras substâncias sinérgicas com metais líquidos para a construção de sistemas compósitos é uma estratégia promissora.

Os autores apontam também que o desempenho dos robôs precisa ser aprimorado para aplicações práticas, por exemplo, não apenas para a velocidade e força, mas também para sua deformabilidade.

Os robôs líquidos são diferentes dos robôs tradicionais e a implementação deles será um desafio. Por exemplo, a modelagem 3D de robôs líquidos ainda está repleta de dificuldades devido à falta de estruturas de suporte, pois os robôs geralmente precisam formar formas específicas ao realizar tarefas. 

Em conclusão, os robôs macios de metal líquido estão evoluindo da fantasia para a realidade. O desenvolvimento de materiais inteligentes de metal líquido é um passo fundamental para alcançar esse objetivo (e tem recebido grande atenção nos últimos anos).

As empresas de manufatura estão enfrentando tempos delicados, enfrentando ciclos de inovação mais rápidos e manufatura mais ágil para responder às demandas do mercado. Os desafios na manufatura vêm de tecnologias antigas e processos desatualizados, enquanto a indústria 4.0 está transformando o mundo da manufatura em direção a novos negócios e operações de manufatura.

Com isso, a fabricação como serviço (MaaS - Manufacturing-as-a-Service) está avançando por meio de plataformas de fabricação digital e simplificando cada vez mais as cadeias de suprimentos, criando capacitadores para encontrar produção rápida e econômica com empresas que possuem capacidade de fabricação. atualmente a maioria dos operadores da fabricação como serviço estão operando em áreas como usinagem e impressão 3D.

Como resultado da transformação digital da manufatura e da Indústria 4.0, os sistemas de manufatura estão sendo cada vez mais vistos como sistemas de informação. Dados e informações digitais são trocados entre diferentes partes em relação a produtos (projetos de produtos digitais) e sistema de produção.

A questão chave do artigo é se a fabricação de serviços baseados em habilidades robóticas totalmente automatizadas é tecnicamente viável explorando dados de produtos digitais, que é justificado por seu potencial de grande melhoria na eficiência de fabricação.

A implementação de serviços de manufatura ágil implica essencialmente no compartilhamento de dados e informações relacionados à manufatura entre as fronteiras da empresa. A orientação a serviços e dados permite a aceitação flexível de um conjunto abrangente de operações de fabricação, desde que as informações necessárias estejam disponíveis. Por outro lado, os autores afirmam que as orientações de serviço e dados também implicam que as operações do dispositivo nas instalações de fábricas sejam parametrizadas e configuráveis. 

Mais ainda, afirmam que essencialmente as operações automáticas de fabricação robotizada requerem dados detalhados, especialmente no que diz respeito aos aspectos geométricos de peças e produtos. 

Os autores descrevem que um robô funciona através de um controle hierárquico, que satisfaz as necessidades de realização das tarefas desejadas. Com isso, as "habilidades" de um robô é representada pela operação de modelos comportamentais e pela integração dos sensores utilizados nas operações.

A implementação do sistema proposto pelos autores foi avaliado de maneira qualitativa: tentativas e testes, realizando comunicação de ponta a ponta, desde pedidos de fabricação de serviços, modelos e receitas de produtos e controle até a relação dos robôs com seus programas de habilidades. Com base na avaliação realizada pelos autores, a arquitetura geral do sistema foi considerada tecnicamente viável e operacional em um ambiente de laboratório, conforme ilustrada na figura 1 a seguir.

Figura 1: Implementação do sistema robótico na detecção e rebarbação de furos. Fonte: Heikkila et al. 2022.

Os autores concluem que foram realizadas, com sucesso, implementações de operações com robôs reutilizáveis com movimentos guiados por visão 3D com habilidades simples ou mais complexas. As habilidades integraram as ações do robô e os dados do sensor. Afirmaram que as operações de produção orientadas a dados podem ser automatizadas com base nos dados do modelo de produto e nos dados do modelo de produção.

Fecham o artigo dizendo que as habilidades robóticas configuráveis e reutilizáveis são os principais recursos necessários no provisionamento eficiente de serviços digitais para o setor de manufatura, bem como na organização de operações de manufatura de maneira flexível para produção orientada por dados.

A matéria mole é um subcampo da matéria condensada, as quais podem ser polímeros, coloides, espumas, cristais líquidos, componentes mesoscópicos e entre outros. Estes tem um estado físico que os permite se deformar com facilidade ao ser aplicada tensões térmicas. Este tipo de material pode ser encontrado em forma de adesivos, lubrificantes, pinturas e alguns biomateriais.

Pesquisadores estão estudando materiais que possa interagir de maneira segura com os seres vivos ou objetos frágeis, e tendo em mente os materiais moles, estão sendo explorados para a fabricação e controle da robótica mole (robótica com materiais moles) por sua flexibilidade. Com isto a robótica mole pode conseguir respostas complexas quando se tem um estimulo externo.

Atualmente, a robótica mole está presa ou depende de fontes de energia externas e sistemas de controle, o que limita suas aplicações na prática. O desenvolvimento de materiais inteligentes moles para que possam transformar a energia externa em mecânica poderia alcançar uma transformação controlável sem limites.

Os pesquisadores prepararam uma bicamada de grafeno e polietileno empilhados (SGA/PE), ao qual antes da variação de temperatura pode se dobrar ou se deformar, sendo essas mudanças reversíveis, o que é comum em filmes de duas camadas. O diferencial do filme de bicamada SGA / PE é que quando o processo de têmpera é aplicado em um espaço limitado ele rola espontaneamente em um rolo, podendo realizar movimento com luz infravermelha.

Esta propriedade deve-se principalmente ao comportamento elastoplástico assimétrico do SGA, que permite ser aplicado em motores e na robótica mole com alta programabilidade. Apesar desses sucessos, ainda existem certas complicações, como o procedimento de síntese, menor programabilidade e velocidade de resposta lenta devido a mecanismos de trabalho dependentes do tempo, como difusão e organização molecular.

Esta pesquisa nos mostra uma estratégia fácil e rentável para o avanço da robótica mole programáveis sem problemas ou sem dependências de algum estimulo como o calor.

Este artigo está publicado na revista Nature.