Novo atuador eletrostático usa ferroelétricos para aumentar as forças musculares artificiais em 1.200 vezes

Jul 06, 2023

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio e da ENEOS Corporation desenvolveram atuadores eletrostáticos de alta potência que, segundo eles, poderiam fornecer um meio de ampliar a tecnologia para uso em músculos artificiais – enquanto operam em baixa voltagem.

Atuadores eletrostáticos, que movem objetos usando campos elétricos, são bastante simples de fazer, compreendendo dois eletrodos de cargas opostas que geram uma força através da aplicação de eletricidade. Eles até se mostraram úteis para fazer músculos artificiais se moverem, com uma grande desvantagem: escalar a tecnologia para uma musculatura semelhante à humana significa ter que acionar os dispositivos com uma voltagem muito alta para uma segurança razoável.

É esse problema que os pesquisadores afirmam ter resolvido, mudando de meios paraelétricos tradicionais para ferroelétricos – aumentando a força disponível em voltagens mais baixas. "Os meios ferroelétricos são superiores aos meios paraelétricos comuns para uso em atuadores eletrostáticos em dois aspectos", explica Suzushi Nishimura, professor da Tokyo Tech e líder do projeto. "Uma é que eles podem gerar uma força maior mantendo uma grande polarização mesmo em baixa voltagem, e a outra é que sua resposta de voltagem é quase linear, resultando em boa controlabilidade do dispositivo."

Usando um cristal líquido nemático que flui à temperatura ambiente, a equipe conseguiu criar forças nos eletrodos cerca de 1.200 vezes maiores do que com materiais tradicionais como óleo isolante. Um eletrodo de dupla hélice impresso em 3D também provou o conceito mais do que uma teoria: "" Quando aplicamos um campo elétrico de 0,25MV m⁻¹, o dispositivo se contraiu em 6,3 mm [cerca de 0,25"], que é cerca de 19 por cento de seu comprimento original", explica Nishimura. "A observação visual mostrou que o dispositivo se move quando uma tensão de 20V é aplicada. Isso significa que mesmo uma bateria seca pode alimentar o atual atuador."

O trabalho da equipe foi publicado na revista Advanced Physics Research, com uma cópia de visualização antecipada disponível na Wiley Online Library sob termos de acesso aberto.