Esses dispositivos que mudam de forma derretem e se reformam graças a campos magnéticos

Robôs de metal líquido que mudam de forma podem não estar mais limitados à ficção científica.

Máquinas em miniatura podem mudar de sólido para líquido e vice-versa para se espremer em espaços apertados e executar tarefas como soldar uma placa de circuito, relatam pesquisadores em 25 de janeiro em Importam.

Essa propriedade de mudança de fase, que pode ser controlada remotamente com um campo magnético, é graças ao gálio metálico. Pesquisadores incorporaram o metal com partículas magnéticas para direcionar os movimentos do metal com ímãs. Este novo material pode ajudar os cientistas a desenvolver robôs macios e flexíveis que podem deslizar por passagens estreitas e serem guiados externamente.

Os cientistas vêm desenvolvendo robôs macios controlados magneticamente há anos. A maioria dos materiais existentes para esses bots são feitos de materiais elásticos, mas sólidos, que não podem passar pelos espaços mais estreitos, ou líquidos magnéticos, que são fluidos, mas incapazes de carregar objetos pesados ​​(SN: 18/07/19).

No novo estudo, os pesquisadores combinaram as duas abordagens depois de encontrar inspiração na natureza (SN: 3/3/21). Os pepinos-do-mar, por exemplo, “podem alterar sua rigidez de forma muito rápida e reversível”, diz o engenheiro mecânico Carmel Majidi, da Carnegie Mellon University, em Pittsburgh. “O desafio para nós, como engenheiros, é imitar isso nos sistemas de materiais macios.”

Então a equipe se voltou para o gálio, um metal que derrete a cerca de 30° Celsius – ligeiramente acima da temperatura ambiente. Em vez de conectar um aquecedor a um pedaço de metal para mudar seu estado, os pesquisadores o expõem a um campo magnético que muda rapidamente para liquefazê-lo. O campo magnético alternado gera eletricidade dentro do gálio, fazendo com que ele aqueça e derreta. O material solidifica novamente quando deixado para esfriar até a temperatura ambiente.

Como as partículas magnéticas são espalhadas por todo o gálio, um ímã permanente pode arrastá-lo. Na forma sólida, um ímã pode mover o material a uma velocidade de cerca de 1,5 metros por segundo. O gálio atualizado também pode carregar cerca de 10.000 vezes o seu peso.

Os ímãs externos ainda podem manipular a forma líquida, fazendo-a esticar, dividir e fundir. Mas controlar o movimento do fluido é mais desafiador, porque as partículas no gálio podem girar livremente e ter pólos magnéticos desalinhados como resultado do derretimento. Por causa de suas várias orientações, as partículas se movem em diferentes direções em resposta a um ímã.

Majidi e seus colegas testaram sua estratégia em pequenas máquinas que executavam diferentes tarefas. Em uma demonstração direto do filme Exterminador do Futuro 2uma pessoa de brinquedo escapou de uma cela de prisão derretendo as barras e solidificando-se novamente em sua forma original usando um molde colocado do lado de fora das barras.

No lado mais prático, uma máquina removeu uma pequena bola de um modelo de estômago humano, derretendo-a levemente para envolver o objeto estranho antes de sair do órgão. Mas o gálio sozinho se transformaria em gosma dentro de um corpo humano real, já que o metal é um líquido à temperatura do corpo, cerca de 37° C. Mais alguns metais, como bismuto e estanho, seriam adicionados ao gálio em aplicações biomédicas para aumentar o ponto de fusão do material, dizem os autores. Em outra demonstração, o material liquefeito e endurecido para soldar uma placa de circuito.

Com a ajuda de ímãs variáveis ​​e permanentes, os pesquisadores transformaram pedaços de gálio em dispositivos que mudam de forma. No primeiro clipe, uma figura de brinquedo escapa de sua cela liquefazendo-se, deslizando pelas grades e solidificando-se novamente usando um molde colocado do lado de fora das grades. No segundo clipe, um dispositivo remove uma bola de um modelo de estômago humano derretendo levemente para envolver o objeto estranho e sair do órgão.

Embora esse material de mudança de fase seja um grande passo no campo, ainda restam dúvidas sobre suas aplicações biomédicas, diz o engenheiro biomédico Amir Jafari, da University of North Texas em Denton, que não esteve envolvido no trabalho. Um grande desafio, diz ele, é controlar com precisão as forças magnéticas dentro do corpo humano que são geradas a partir de um dispositivo externo.

“É uma ferramenta atraente”, diz o engenheiro de robótica Nicholas Bira, da Universidade de Harvard, que também não participou do estudo. Mas, acrescenta, os cientistas que estudam a robótica leve estão constantemente criando novos materiais.

“A verdadeira inovação que está por vir está na combinação desses diferentes materiais inovadores.”

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