Reinvenção da roda: inventando uma roda que consegue subir escadas

Engenheiros coreanos desenvolveram uma nova tecnologia para rodas que permite superar vários obstáculos da vida diária, como escadas ou pedras. Para isso, eles reinventaram a roda, que se tornou capaz de ajustar a própria rigidez em tempo real. Curiosamente, a roda metamórfica de rigidez variável foi inspirada na tensão superficial de uma gota de líquido. A diferença é que a tensão superficial é aplicada a elos de corrente “inteligentes” sem ter que usar máquinas, atuadores ou sensores complexos.
A roda pode operar como uma roda rígida e circular normal, no modo de direção regular, e então mudar para um estado macio e deformável ao rolar sobre obstáculos, dependendo da altura e do formato desses obstáculos. Já existem tecnologias para projetar o interior das rodas na forma de estruturas flexíveis, que funcionam como pneus sem ar comprimido — ou “pneus não pneumáticos”. No entanto, a limitação dessas tecnologias é que as rodas são continuamente deformadas, mesmo ao dirigir em superfícies planas, o que dificulta a eficiência e a estabilidade da direção, além de gerar ruído.

Para evitar isso, a rigidez desta nova roda pode ser ajustada entre um estado rígido, para movimento rápido em solo plano, e um estado macio e deformável, para superar obstáculos. O protótipo de demonstração foi usado para equipar uma cadeira de rodas, que se mostrou versátil e eficiente.

Esta nova tecnologia para transformar rodas inspirada na tensão superficial pode ajudar a superar as limitações de dispositivos mecânicos convencionais, como robôs do tipo perna e conjuntos de rodas para superar obstáculos”, disse o professor Dong Park, do Instituto Coreano de Máquinas e Materiais (KIMM). “Ela provavelmente encontrará aplicações em uma ampla gama de campos, incluindo cadeiras de rodas, robôs móveis e mobilidade pessoal capaz de superar obstáculos”.

Roda metamórfica
A roda metamórfica é composta de uma corrente formada por elos “inteligentes” e uma estrutura flexível. A corrente forma a borda mais externa da roda, sobre uma estrutura de raios conectados à estrutura do cubo da roda. Os raios de arame são usados para controlar a tensão superficial da corrente. Quando a estrutura do cubo gira ou a distância muda, a estrutura dos raios é tensionada ou afrouxada, alterando assim a tensão superficial da estrutura envolvente formada pela corrente.

Se os raios puxarem os elos da corrente para dentro, a força de tração na parte mais externa da corrente aumenta. Isso é semelhante a uma situação em que um incremento na tensão superficial de uma gota de líquido leva a um aumento na força líquida, puxando as moléculas de líquido mais externas, o que resulta na gota de líquido mantendo de forma estável uma forma circular. Por outro lado, se a estrutura de raios de arame se afrouxar, a rigidez diminui.

A equipe também desenvolveu uma técnica de modularização, para aplicar facilmente a roda a uma ampla gama de sistemas móveis, consistindo em uma versão miniaturizada e leve do mecanismo de rigidez variável, inserida no interior da roda. Assim, uma versão modularizada da roda pode ser aplicada a vários sistemas móveis, como uma cadeira de rodas.

Melhor que robôs 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 estável e possa ser manobrada para mudar de direção mesmo quando o espaço é limitado. Além disso, a cadeira de rodas pode rolar sobre obstáculos como pedras ou escadas de até 18 centímetros de altura. Quando aplicaram a roda metamórfica a um sistema móvel de quatro rodas, a equipe constatou que a roda consegue superar obstáculos que são 1,3 vez maiores do que o raio da roda.

Um dos problemas associados aos robôs quadrúpedes e bípedes que andam para superar obstáculos é que a eficiência do movimento é relativamente baixa em superfícies planas, e tremores inevitavelmente ocorrem no estado de movimento”, acrescentou o professor Sung-Hyuk Song. “A roda metamórfica que desenvolvemos é significativamente relevante porque é capaz de superar obstáculos e, ao mesmo tempo, manter uma eficiência de movimento alta, comparável às rodas convencionais”.

Bibliografia
Artigo: Variable-stiffness-morphing wheel inspired by the surface tension of a liquid droplet
Autores: Jae-Young Lee, Seongji Han, Munyu Kim, Yong-Sin Seo, Jongwoo Park, Dong Il Park, Chanhun Park, Hyunuk Seo, Joonho Lee, Hwi-Su Kim, Jeongae Bak, Hugo Rodrigue, Jin-Gyun Kim, Joono Cheong, Sung-Hyuk Song
Revista: Science Robotics
Vol.: 9, Issue 93
DOI: 10.1126/scirobotics.adl2067

Fonte: Inovação Tecnológica