Cientistas da Universidade Northwestern, nos Estados Unidos, construíram uma perna humanóide completa em tamanho real, incluindo “ossos” de plástico rígido, tendões elásticos e até mesmo um sensor que permite que a prótese biónica sinta os seus movimentos.

A perna utiliza três músculos artificiais – um quadríceps, um posterior da coxa e uma panturrilha – para flexionar as articulações do joelho e do tornozelo. Os músculos são flexíveis o suficiente para absorver impacto, mas com capacidade para aplicar força e movimento suficientes para chutar uma bola.

“É difícil fazer robôs sem conformidade física responderem ou adaptarem-se suavemente a mudanças externas e interagirem com segurança com os seres humanos”, afirmou Taekyoung Kim. “Para que os robôs do futuro se movam de forma mais natural e segura em ambientes não estruturados, precisamos de projectá-los mais como corpos humanos – com esqueletos rígidos e actuadores macios, semelhantes a músculos.”

Os actuadores macios, com propriedades mecânicas semelhantes às dos músculos, têm sido alvo de grande interesse, pois permitem a construção de equipamentos mais leves, com menor consumo de energia , o que é mais compatível não só com a coexistência com os humanos, mas também com a integração no corpo humano.

A abordagem utilizada pela equipa emprega um actuador cilíndrico impresso em 3D, uma estrutura chamada “auxética de cisalhamento manual”, que permite movimentos e propriedades únicas, como estender-se e expandir-se quando torcida. O movimento de torção necessário para mover a estrutura pode ser gerado por um pequeno motor eléctrico integrado.

Taekyoung Kim desenvolveu um método de impressão 3D dessas estruturas, usando uma borracha comum e barata, frequentemente usada em capas de telemóveis. O material foi então utilizado para construir uma estrutura em formato de fole, que permite que o motor rotativo accione a extensão e a contracção dos actuadores.

“Ao desenvolver novos materiais para robótica com o desempenho e as propriedades dos sistemas musculoesqueléticos biológicos, podemos construir robôs mais resistentes e robustos para uso no mundo real”, referiu o professor Ryan Truby

Esses actuadores empurram e puxam com uma força impressionante, agindo como músculos artificiais. O músculo pode até endurecer dinamicamente quando activado, assim como um músculo humano. Esta foi uma melhoria substancial em relação aos protótipos anteriores da equipa, que tem vindo a trabalhar em músculos artificiais para robôs há vários anos.

Para demonstrar o potencial real do músculo, a equipa usou impressão 3D para imitar os ossos da perna usando plástico rígido. Conectores inspirados em tendões, feitos de borracha, ligam os músculos quadríceps e isquiotibiais da canela e o músculo da panturrilha à estrutura do pé. Os tendões e músculos ajudaram a amortecer os movimentos e a absorver os choques, de forma semelhante a um sistema musculoesquelético biológico.

Cada conjunto musculoesquelético pesa aproximadamente o mesmo que uma bola de futebol e é ligeiramente maior do que uma lata de refrigerante. Pode esticar até 30% do seu comprimento e levantar objectos 17 vezes mais pesados do que a própria perna.

De acordo com o site Inovação Tecnológica, o mais importante para a sua utilização em corpos robóticos e próteses é o facto de o músculo poder ser alimentado por uma bateria, eliminando a necessidade de equipamento externo pesado.

“Ao desenvolver novos materiais para robótica com o desempenho e as propriedades dos sistemas musculoesqueléticos biológicos, podemos construir robôs mais resistentes e robustos para uso no mundo real”, referiu o professor Ryan Truby. “Estamos entusiasmados para ver como esses músculos artificiais podem impulsionar novos rumos para robôs humanóides e semelhantes a animais.”