💪 Estes tendões artificiais tornam os robôs 30 vezes mais fortes

A fronteira entre o tecido vivo e a máquina está a esbater-se nos laboratórios do MIT. Engenheiros desenvolveram lá uma interface inspirada na biologia que permite que músculos cultivados em laboratório atuem sobre estruturas robóticas. Esta abordagem supera uma dificuldade significativa dos robôs biohíbridos ao basear-se num princípio fundamental da anatomia animal.

O cerne da inovação reside na criação de tendões artificiais. Concebidos como intermediários mecânicos entre a matéria biológica e as peças sintéticas, estes tendões são fabricados a partir de um hidrogel especial. Em conjunto, o músculo e este hidrogel formam uma unidade funcional coerente. Esta arquitetura reproduz o esquema natural músculo-tendão-osso, otimizando assim a transferência da força de contração para um atuador robótico, como uma pinça.

O princípio biomecânico: uma junção inteligente

A principal dificuldade dos robôs biohíbridos provinha da incompatibilidade mecânica entre a grande flexibilidade do tecido muscular e a rigidez dos esqueletos artificiais. Uma fixação direta conduzia frequentemente à danificação do músculo ou a uma perda de energia. A equipa do MIT resolveu este problema inspirando-se na natureza, onde os tendões servem precisamente como elementos de transição.

Os investigadores modelaram o sistema como um conjunto de três elementos com propriedades distintas, representando o músculo, os tendões e o esqueleto robótico. Esta modelação permitiu calcular a rigidez ideal dos tendões artificiais para transmitir o máximo de força sem lesar o músculo. O material escolhido, um hidrogel, foi concebido para possuir exatamente essa propriedade.

Uma vez fabricados, estes cabos de hidrogel foram fixados às extremidades de uma faixa de músculo. O conjunto foi depois ligado aos dedos de uma pinça robótica. Esta configuração permite concentrar a força de contração no movimento desejado, evitando assim o desperdício de energia das conceções anteriores.

Desempenho aumentado e uma nova modularidade

Os resultados, publicados na revista Advanced Science, são claros. Comparado com um sistema onde o músculo está ligado diretamente ao esqueleto, o dispositivo com tendões artificiais permitiu que a pinça fechasse três vezes mais rápido. Ainda mais notável, a força exercida foi aumentada por um fator de 30. Este aumento mostra a melhoria da transferência mecânica.

A robustez do sistema também foi testada, com a unidade músculo-tendão a manter o seu desempenho ao longo de mais de 7 000 ciclos de contração. Os investigadores indicam que o rácio potência/peso do sistema foi multiplicado por 11. Uma pequena quantidade de tecido muscular, corretamente conectada, pode assim realizar um movimento muito mais eficaz.

Este avanço introduz um alto grau de modularidade na conceção de robôs biohíbridos. Como sublinha Ritu Raman, os tendões artificiais atuam como conectores intercambiáveis. Esta abordagem torna possível a montagem de sistemas de diferentes naturezas, seja ferramentas micrométricas para cirurgia ou dispositivos autónomos, escolhendo cada vez a unidade motora adequada.