Desenvolvimento de compósito responsivo à base de PDMS, NiTi e cílios artificiais magnéticos para uso na robótica mole
Abstract
O aumento na idade média da população global faz com que novos empenhos na engenharia de materiais sejam direcionados ao desenvolvimento de dispositivos que facilitem e auxiliem as atividades humanas. Neste contexto, a robótica mole visa criar dispositivos e sensores capazes de gerar movimentos e forças, de forma a mimetizar a destreza e a deformabilidade presentes em entidades orgânicas, como a pele humana ou os braços de um polvo. Um dos grandes desafios dentro deste campo de atuação é a indisponibilidade de sistemas flexíveis, com alta mobilidade e controle. Para suprir a deficiência de materiais insuficientes em alguma das funções estabelecidas, a criação de compósitos responsivos se faz necessária, mesclando, dessa forma, a flexibilidade de um material com a controlabilidade de outro. Com base nisso, este trabalho visou desenvolver um compósito a base de polidimetilsiloxano (PDMS) reforçado com uma liga possuindo memória de forma níquel-titânio (NiTi), apresentando atuação termicamente responsiva e contendo cílios artificialmente gerados enriquecidos em Fe - o que possibilita a atuação magneticamente responsiva em uma estrutura bioinspirada. A liga NiTi nos formatos de arame e fita ativados para executar uma movimentação por memória de forma térmica foi envolta no silicone, formando um atuador flexível e provendo rigidez controlada. O Fe, por sua vez, foi incorporado por meio da deposição física de vapor por magnetron sputtering por meio de duas rotas: deposição em quartzo (SiO2) para aglutinação nos cílios e deposição direta nos cílios. Para compreender o design do compósito responsivo, foram realizadas técnicas de caracterização físico-químicas como FTIR, DSC, ensaios de tração, simulação mecânica, MEV, magnetometria, entre outras. A presente tese apresenta uma revisão bibliográfica contemplando os assuntos relevantes para a realização prática do trabalho, o atual estado-da-arte, a metodologia que foi utilizada e resultados obtidos. Da hipótese inicialmente gerada, pôde-se concluir que o NiTi é um reforço promissor para a geração de uma rigidez controlada e possui a capacidade de ser incorporado em estruturas complacentes, fornecendo mobilidade apropriada. A técnica de magnetron sputtering também é uma forte aliada nas aplicações pensadas, como a da robótica mole, fornecendo a modificação superficial necessária em diversos substratos, como na forma de pó ou em materiais sólidos complacentes. O futuro desse estudo é promissor, bem como a gama de aplicações que podem se beneficiar no efeito sinergético de uma rigidez sintonizável por meio térmico e uma atuação controlada por aplicação de campo magnético externo. [resumo fornecido pelo autor]