Contração. Relaxamento. Contração. Relaxamento. Três séries de 20 repetições. Contração. Relaxamento. Poderia ser uma cena de academia, mas exercícios como esse estão sendo realizados num laboratório da Universidade de Harvard, onde cientistas estão desenvolvendo um novo tipo de músculos — atuadores a vácuo.
Os músculos de verdade, que todos nós temos, são tecidos macios formados por fibras de actina e miosina. Capazes de absorver choques, os tecidos musculares funcionam por ciclos alternados de contração e relaxamento. Durante a contração, as fibras de actina, mais finas, são puxadas pelas fibras de miosina, mais grossas, que guiam e limitam as contrações. A energia para a contração vem da quebra da molécula de ATP pela miosina. Observe:
Como é fácil perceber, os sistemas musculares normalmente têm ativação imediata, o que, combinado a um sistema de controle refinado, permite reações rápidas ou delicadas aplicações de força. O resultado pode ser um andar firme e elegante ou o manejo adequado de um delicado copo de cristal. Agora compare a elegância dos nossos gestos com os movimentos de um robô:
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Os movimentos robóticos são tragicômicos porque seus músculos são grosseiros, baseados em sistemas eletromecânicos com fluidos pressurizados, por exemplo. Mais que hilários, esses mecanismos podem ser perigosos: músculos robóticos podem queimar ou explodir facilmente, ferindo não apenas a máquina mas quem estiver por perto.
No que depender do trabalho coordenado por George Whitesides, porém, os dias dos robôs desengonçados estão contados. Professor de Química e Bioquímica em Harvard, Whitesides é membro do Instituto Wyss para Engenharia Biologicamente Inspirada, onde está desenvolvendo um sistema muscular artificial. O sistema proposto por Whitesides et. al. parte de uma abordagem oposta à convencional: em vez de fluidos pressurizados, a contração ocorre a vácuo.
Sistemas de atuação a vácuo não são novidade — pergunte ao seu pai ou seu avô sobre os limpadores de pára-brisa a vácuo usados até os anos 1950. A diferença é que os atuadores a vácuo dos laboratórios de Harvard servem para contrair feixes de borracha. Os tais feixes de borracha também têm fibras mais grossas e mais finas, que formam as paredes de pequenas câmaras de ar. Ao ser aplicado, o vácuo esvazia as câmaras, fazendo as fibras se juntarem.
O resultado é uma contração visível da peça de borracha avermelhada feito um músculo, que é oficialmente chamada de VAMPs (vacuum-actuated muscle-inspired pneumatic structures, ou estruturas pneumáticas ativadas a vácuo, inspiradas em músculos). As câmaras dos VAMPs são normalmente quadradas, mas podem ser construídas em outras formas geométricas, o que permite outros tipos de movimentos além da contração linear, como a contorção ou a dobra.
Diferente de outros sistemas, o VAMPs tem um tempo de reação tão imediato quanto o de músculos naturais. Enquanto a contração depende da aplicação de vácuo, o relaxamento não precisa de um sistema pressurizado para reencher as câmaras de ar: a pressão atmosférica é que distende o VAMPs. Sendo assim, não há risco de explosão, o que deve permitir que o músculo a vácuo seja aplicado de maneira segura tanto em robôs industriais quanto em robôs domésticos, que poderiam ajudar a cuidar de pessoas idosas, por exemplo.
“Ter VAMPs feitos de elastômeros macios tornaria muito mais fácil automatizar um robô que seria usado para ajudar humanos na indústria de serviços”, explicou Dian Yang ao Phys.org. Doutorando em Ciências da Engenharia em Harvard, Yang é o autor principal do paper que descreve a nova tecnologia, publicado em 1º. de junho na Advanced Materials Technologies.
Até uma falha catastrófica, causada por uma lesão física mesmo, seria segura. Os VAMPs são projetados para funcionar mesmo com furos de 2mm. A não ser que haja um corte profundo, o músculo a vácuo fica distendido, mas paralisado. No entanto, o controle do atuador ainda não é muito preciso. Só existem dois estados: contração a vácuo ou distensão total. Uma contração parcial é teoricamente possível mas ainda está sendo desenvolvida.
Robôs com músculos a vácuo ainda vão ter que puxar muito ferro antes de sair dos laboratórios de Harvard para bater perna por aí até entrar numa academia.
Referência
Dian Yang et al. Buckling Pneumatic Linear Actuators Inspired by Muscle [Atuadores lineares pneumáticos deformáveis inspirados por músculos], Advanced Materials Technologies (2016). DOI: 10.1002/admt.201600055
