Estruturas de hidrogel conectam músculos cultivados em laboratório a esqueletos robóticos e triplicam a velocidade dos movimentos
Robôs biohíbridos combinam componentes biológicos vivos, como músculos, com partes artificiais feitas de materiais sintéticos. Mas, em geral, as máquinas são limitadas na quantidade de movimento e potência que conseguem produzir.
Para mudar esse cenário, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), dos Estados Unidos, desenvolveram tendões artificiais feitos de hidrogel resistente e flexível. O trabalho foi publicado na revista Advanced Science.
“Estamos introduzindo tendões artificiais como conectores intercambiáveis entre atuadores musculares e esqueletos robóticos”, disse Ritu Raman, professora assistente de engenharia mecânica (MechE) no MIT, ao MIT News. “Essa modularidade pode facilitar o projeto de uma ampla gama de aplicações robóticas, desde ferramentas cirúrgicas em microescala até máquinas exploratórias adaptáveis e autônomas.”
O hidrogel foi escolhido para ser usado nos tendões por ser um gel à base de polímero, macio, porém, resistente. Para determinar a resistência e a elasticidade necessárias dos tendões artificiais para que funcionassem no projeto da garra, a equipe de Raman primeiro modelou o projeto como um sistema simples de três tipos de molas, cada uma representando o músculo central, os dois tendões de conexão e a estrutura da garra.
Foi atribuída uma certa rigidez ao músculo e à estrutura, valores previamente conhecidos, e essa informação foi usada para calcular a rigidez dos tendões de conexão necessária para movimentar a garra na quantidade desejada.
Segundo o MIT News, a partir dessa modelagem, os pesquisadores derivaram uma receita para hidrogel com uma determinada rigidez. Uma vez produzido o gel, eles o cortaram em finos cabos para formar tendões artificiais.
Depois, fixaram os tendões em cada extremidade de um pequeno pedaço de músculo cultivado em laboratório, formando uma “unidade músculo-tendão”, e conectaram as extremidades de cada tendão artificial aos dedos de uma garra robótica.
Ao estimular a contração do músculo central, os tendões puxaram os dedos da garra, unindo-os. O robô, relatou a equipe, conseguiu pinçar os dedos três vezes mais rápido e com 30 vezes mais força, em comparação com o mesmo modelo sem os tendões de conexão. Esse desempenho foi mantido por mais de 7.000 ciclos (ou contrações musculares).
Raman observou que a adição de tendões artificiais aumentou a relação potência/peso do robô em 11 vezes, o que significa que o sistema passou a exigir muito menos força muscular para realizar a mesma quantidade de trabalho.
“Basta um pequeno atuador conectado de forma inteligente ao esqueleto. Normalmente, se um músculo for muito mole e estiver preso a algo com alta resistência, ele se romperá antes de mover qualquer coisa. Mas se você o conectar a algo como um tendão que resista ao rompimento, ele poderá transmitir sua força através do tendão e mover um esqueleto que não conseguiria mover de outra forma”, comentou Raman.
Agora, a pesquisadora e seus colegas estão avançando para desenvolver outros elementos, como revestimentos protetores semelhantes à pele, para permitir que robôs movidos a músculos funcionem em situações práticas do mundo real.
Por: Renata Turbiani
