Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia e da Universidade de Michigan alcançaram um marco significativo na robótica: a criação de robôs totalmente autônomos movidos a energia solar que custam apenas um centavo para serem fabricados. Essas máquinas, menores que um grão de sal, superam desafios de décadas na microrobótica, aproveitando a propulsão elétrica e novos projetos de circuitos. O desenvolvimento abre portas para avanços em nanotecnologia, pesquisa médica e muito mais.
O desafio de décadas da microrobótica
Durante 40 anos, o campo da robótica tem lutado para construir robôs independentes em escalas submilimétricas. O problema não é apenas a miniaturização; é física. À medida que os objetos encolhem, a inércia se torna menos dominante, enquanto os efeitos da área de superfície, como viscosidade e arrasto, assumem o controle. Isso significa que os projetos tradicionais de locomotivas, como pernas ou braços, tornam-se impraticáveis no nível micro – mover-se através de fluidos nesta escala é semelhante a empurrar através do alcatrão. A solução da equipe ignora completamente a necessidade de membros mecânicos, contando, em vez disso, com campos elétricos para impulsionar os robôs.
Como funcionam: eletricidade, íons e água
Cada robô, medindo aproximadamente 200 x 300 x 50 micrômetros, converte energia de minúsculos painéis solares em um campo elétrico quando submerso em uma solução. Este campo empurra os íons próximos, que então deslocam as moléculas de água circundantes, criando movimento. Os robôs não estão limitados a simples movimentos para frente ou para trás; ajustando o campo elétrico, eles podem se mover individualmente ou em padrões coordenados, imitando o comportamento de um cardume de peixes. Os pesquisadores explicam isso como o robô estando em um rio em movimento e também causando o movimento do rio.
Superando restrições de energia: projeto de circuito radical
A miniaturização apresenta outro obstáculo: espaço limitado para fontes de energia, memória e circuitos. Os robôs operam com apenas 75 nanowatts – mais de 100 mil vezes menos do que um smartwatch consome. Para resolver isso, engenheiros da Universidade de Michigan desenvolveram projetos de circuitos inteiramente novos que operam em baixas tensões, reduzindo as necessidades de energia do robô em mais de 1.000 vezes. Os painéis solares ocupam a maior parte da superfície do robô, então a equipe teve que condensar radicalmente as instruções de programação.
Comunicação através do movimento: a “dança do movimento”
Os microrobôs incluem sensores capazes de detectar temperatura com alta precisão (dentro de um terço de grau Celsius). Para relatar as suas descobertas, eles usam um método de comunicação único inspirado nas abelhas. Eles codificam os dados em uma “dança de manobra” – um padrão específico de movimento que os pesquisadores podem decodificar usando um microscópio e uma câmera. Isso permite que os robôs transmitam informações sem a necessidade de sistemas sem fio complexos.
Implicações Futuras
Os robôs atuais já podem detectar mudanças de temperatura, tornando-os potencialmente úteis para rastrear a atividade celular e avaliar a saúde celular. Mas agora estão lançadas as bases para capacidades ainda mais avançadas. Com um maior refinamento, estes microrrobôs poderiam incorporar sensores adicionais e navegar em ambientes cada vez mais complexos, abrindo possibilidades na entrega direcionada de medicamentos, no monitoramento ambiental ou mesmo na fabricação de precisão.
“Mostramos que é possível colocar um cérebro, um sensor e um motor em algo quase pequeno demais para ser visto, e fazer com que ele sobreviva e funcione por meses”, disse Marc Miskin, engenheiro-chefe da Universidade da Pensilvânia. Esta inovação não só resolve um problema robótico de longa data, mas também abre uma nova era de possibilidades para máquinas autônomas ultrapequenas.
