Biônica, Magnetismo, Mecânica, Robótica

Robôs escaladores de paredes

Como funcionam os mecanismos de adesão usados por robôs escaladores de paredes? Neste post, são mostradas três formas de adesão.

Mecanismos de adesão dos robôs escaladores de paredes

Mecanismos pneumáticos

Alguns robôs usam ventosas para se fixarem nas paredes.

Quando uma ventosa é pressionada contra a parede, o volume entre a ventosa e a superfície diminui e a pressão aumenta. Parte do ar interno sai pelas laterais. Após a pressão, a ventosa volta ao seu tamanho original e a pressão interna (verde claro) é reduzida. Consequentemente, a pressão externa (azul) fica maior que a interna e o robô se gruda na parede com a ventosa.

ventosa
Fonte: Fusion-loc.

As ventosas só são úteis em superfícies lisas, pois em superfícies irregulares, o ar vai para dentro da ventosa, acarretando em aumento da pressão interna. Outro método pneumático ´é o impulso de pressão negativa. Consiste em usar um motor de alta velocidade e uma hélice para puxar o ar entre a parede e a parte de baixo do robô, reduzindo a pressão interna.

robôs escaladores de paredes com rodas
Os robôs com impulso de pressão negativa possuem rodas ou esteiras para terem maior mobilidade do que os com ventosas. Fonte: Hindustan Times.

Os robôs com impulso de pressão negativa consomem mais energia para se manterem na parede.

Ímãs

Alguns robôs usam ímãs para escalarem paredes metálicas ou ferromagnéticas.

robô escalador magnético
Este é o robô MINOAS, usado para inspeção de navios, cada roda tem 50 ímãs de neodímio. Na “cauda”, há um ímã permanente também de neodímio, para a estabilidade do robô. Fonte: (Eich e Vögele, 2011).

Adesivos com microfibras

Esta tecnologia é inspirada na natureza, alguns animais como a lagartixa conseguem escalar as paredes, pois suas patas possuem milhões de filamentos que grudam na superfície usando as forças de Van der Waals.

estrutura da pata da lagartixa
Os microfilamentos da lagartixa, chamadas de cerdas (d), permitem escalar qualquer superfície sólida, exceto teflon. As cerdas possuem filamentos na ponta ainda menores chamadas de espátulas (e). Fonte: mapping ignorance.

O que são as forças de Van der Waals? São forças intermoleculares de atração e repulsão causadas por dipolos elétricos. As moléculas polares têm uma distribuição desigual de elétrons, um lado fica com carga positiva e outro com carga negativa, formando um dipolo elétrico. As moléculas polares possuem um momento dipolar resultante \mu_{total}.

molécula polar com momento dipolar
Fonte: YuBrain.

As moléculas possuem flutuações na nuvem de elétrons, devido ao constante movimento destes. Em moléculas apolares, estas flutuações podem tornar as moléculas temporariamente polarizadas. Podendo induzir eletricamente a polarização em moléculas vizinhas e criando forças eletrostáticas de atração.

Van der Waals
A polarização temporária também pode ser causada por colisões entre as moléculas. Fonte: Carlos Dionata.

Quando as espátulas entram em contato com a superfície, essas se espalham e as moléculas das espátulas se tornam dipolos que induzem as moléculas da superfície à polarização. Criando uma atração eletrostática entre as patas e a parede. A força de Van de Waals é a mais fraca das forças intermoleculares. Mas, somando com milhões de cerdas e a fina espessura das espátulas, que permitem uma grande área de superfície de contato, há força suficiente para manter a lagartixa na parede ou no teto.

robõs escaladores de parede com adesivos
Alguns protótipos de robôs escaladores de paredes usam microfibras sintéticas para usar as forças de Van der Waals. Fonte: BDML Stanford.
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About Pedro Ney Stroski

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