Inventando rodas que conseguem subir escadas

Robtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 03/09/2024

Reinventando a roda

Engenheiros coreanos desenvolveram uma nova tecnologia para rodas que permite superar vrios obstculos da vida diria, como escadas ou pedras.

Para isso, eles reinventaram a roda, que se tornou capaz de ajustar a prpria rigidez em tempo real.

Curiosamente, a roda metamrfica de rigidez varivel foi inspirada na tenso superficial de uma gota de lquido. A diferena que a tenso superficial aplicada a elos de corrente “inteligentes” sem ter que usar mquinas, atuadores ou sensores complexos.

A roda pode operar como uma roda rgida e circular normal, no modo de direo regular, e ento mudar para um estado macio e deformvel ao rolar sobre obstculos, dependendo da altura e do formato desses obstculos.

J existem tecnologias para projetar o interior das rodas na forma de estruturas flexveis, que funcionam como pneus sem ar comprimido – ou “pneus no pneumticos”. No entanto, a limitao dessas tecnologias que as rodas so continuamente deformadas, mesmo ao dirigir em superfcies planas, o que dificulta a eficincia e a estabilidade da direo, alm de gerar rudo.

Para evitar isso, a rigidez desta nova roda pode ser ajustada entre um estado rgido, para movimento rpido em solo plano, e um estado macio e deformvel, para superar obstculos.

O prottipo de demonstrao foi usado para equipar uma cadeira de rodas, que se mostrou verstil e eficiente.

“Esta nova tecnologia para transformar rodas inspirada na tenso superficial pode ajudar a superar as limitaes de dispositivos mecnicos convencionais, como robs do tipo perna e conjuntos de rodas para superar obstculos,” disse o professor Dong Park, do Instituto Coreano de Mquinas e Materiais (KIMM). “Ela provavelmente encontrar aplicaes em uma ampla gama de campos, incluindo cadeiras de rodas, robs mveis e mobilidade pessoal capaz de superar obstculos.”

Princpio de funcionamento da roda mrfica, inspirada na tenso superficial dos lquidos, mas totalmente implementada com materiais slidos
[Imagem: Jae-Young Lee et al. – 10.1126/scirobotics.adl2067]

Roda metamrfica

A roda metamrfica composta de uma corrente formada por elos “inteligentes” e uma estrutura flexvel. A corrente forma a borda mais externa da roda, sobre uma estrutura de raios conectados estrutura do cubo da roda. Os raios de arame so usados para controlar a tenso superficial da corrente.

Quando a estrutura do cubo gira ou a distncia muda, a estrutura dos raios tensionada ou afrouxada, alterando assim a tenso superficial da estrutura envolvente formada pela corrente.

Se os raios puxarem os elos da corrente para dentro, a fora de trao na parte mais externa da corrente aumenta. Isso semelhante a uma situao em que um incremento na tenso superficial de uma gota de lquido leva a um aumento na fora lquida, puxando as molculas de lquido mais externas, o que resulta na gota de lquido mantendo de forma estvel uma forma circular. Por outro lado, se a estrutura de raios de arame se afrouxar, a rigidez diminui.

A equipe tambm desenvolveu uma tcnica de modularizao, para aplicar facilmente a roda a uma ampla gama de sistemas mveis, consistindo em uma verso miniaturizada e leve do mecanismo de rigidez varivel, inserida no interior da roda. Assim, uma verso modularizada da roda pode ser aplicada a vrios sistemas mveis, como uma cadeira de rodas.

O conceito de roda malevel j foi testado em sistemas de duas e de quatro rodas.
[Imagem: Jae-Young Lee et al. – 10.1126/scirobotics.adl2067]

Melhor que robs que andam

No sistema implantado na cadeira de rodas, a rigidez da roda pode ser alterada em tempo real, permitindo que a cadeira se mova de forma estvel e possa ser manobrada para mudar de direo mesmo quando o espao limitado. Alm disso, a cadeira de rodas pode rolar sobre obstculos como pedras ou escadas de at 18 centmetros de altura.

Quando aplicaram a roda metamrfica a um sistema mvel de quatro rodas, a equipe constatou que a roda consegue superar obstculos que so 1,3 vez maiores do que o raio da roda.

“Um dos problemas associados aos robs quadrpedes e bpedes que andam para superar obstculos que a eficincia do movimento relativamente baixa em superfcies planas, e tremores inevitavelmente ocorrem no estado de movimento,” acrescentou o professor Sung-Hyuk Song. “A roda metamrfica que desenvolvemos significativamente relevante porque capaz de superar obstculos e, ao mesmo tempo, manter uma eficincia de movimento alta, comparvel s rodas convencionais.”

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