Essa inovação abre caminho para aplicações potenciais em diversos campos, desde a robótica até a física da matéria ativa. Ao reproduzir os mecanismos de fluidez e solidez observados nos embriões, os pesquisadores conseguiram projetar um sistema robótico capaz de se auto-organizar e se adaptar dinamicamente.
Inspiração biológica: dos embriões aos robôs
Os pesquisadores se inspiraram nos tecidos embrionários, considerados materiais inteligentes naturais. Esses tecidos podem passar de um estado fluido para um estado sólido, permitindo que as células se reorganizem para formar estruturas.
Esse fenômeno, chamado de transição de rigidez, é essencial para o desenvolvimento dos órgãos. Os cientistas identificaram três processos-chave: as forças ativas entre células, a sinalização bioquímica e a adesão celular. Esses mecanismos foram transpostos para o mundo dos robôs para criar um coletivo capaz de se comportar de maneira semelhante.
Cada robô, com o formato de um disco de hóquei, é equipado com oito engrenagens motorizadas e ímãs rotativos. Esses elementos permitem que as unidades se movam umas em relação às outras enquanto mantêm uma coesão sólida. Sensores de luz polarizada guiam seus movimentos, reproduzindo assim a coordenação observada nas células embrionárias.
Um coletivo robótico com propriedades ajustáveis
O coletivo de robôs pode passar de um estado rígido para um estado fluido ao modular as forças entre as unidades. Essa flexibilidade é possibilitada por flutuações controladas nos sinais enviados aos robôs, permitindo uma reorganização rápida e eficiente.
Os pesquisadores também descobriram que essas flutuações reduzem o consumo de energia, uma vantagem significativa para aplicações práticas. Ao ajustar os parâmetros da luz polarizada, eles podem direcionar o coletivo para formar estruturas específicas sem reprogramação individual.
A longo prazo, essa tecnologia pode ser miniaturizada e expandida para milhares de unidades, abrindo caminho para materiais robóticos capazes de se adaptar a diferentes ambientes. Esses sistemas poderiam ser usados para manipular objetos, suportar cargas pesadas ou até mesmo se autorreparar.
Para ir além: O que é uma transição de rigidez?
A transição de rigidez é um fenômeno físico em que um material passa de um estado sólido para um estado fluido, ou vice-versa, sob o efeito de forças internas ou externas. Esse conceito é essencial para entender como certos sistemas, como os tecidos embrionários ou os materiais granulares, podem alternar entre rigidez e fluidez.
Nos tecidos vivos, essa transição permite que as células se reorganizem espacialmente. Por exemplo, durante o desenvolvimento embrionário, as células podem "derreter" temporariamente para se mover e formar estruturas elaboradas, como órgãos, antes de se solidificarem novamente. Esse processo é possibilitado por forças ativas geradas pelas próprias células.
Na física, esse fenômeno é frequentemente estudado em sistemas como vidros ou meios granulares. Esses materiais podem se comportar como sólidos sob certas condições, mas se tornarem fluidos quando submetidos a tensões específicas, como vibrações ou forças de cisalhamento.
No contexto dos robôs, a transição de rigidez foi reproduzida ao modular as forças entre as unidades. Isso permite que o coletivo de robôs passe de um estado rígido, capaz de suportar cargas, para um estado fluido, permitindo uma reorganização rápida e flexível. Essa capacidade de ajustar dinamicamente as propriedades mecânicas abre perspectivas promissoras para aplicações em robótica e ciência dos materiais.