CapÃtulo 1 : Microbótica
A microrrobótica, também conhecida como microbotics, é um subcampo da robótica em miniatura que se concentra em robôs móveis que têm dimensões inferiores a um milímetro. Também é possível usar esta frase para se referir a robôs que são capazes de lidar com componentes de tamanho micrométrico.
Os microbots surgiram como resultado da introdução do microcontrolador na última década do século 20, bem como a introdução de sistemas microeletromecânicos (MEMS) no silício. No entanto, a maioria dos microbots não usa silício para nenhum componente mecânico além dos sensores. Foi no início da década de 1970 que a primeira pesquisa e projeto conceitual desses robôs em miniatura foram realizados. Na época, essa pesquisa foi sigilosa e realizada para as agências de inteligência dos Estados Unidos. Naquela época, algumas das aplicações que foram previstas incluíam tarefas como operações de intercetação eletrônica e apoio a prisioneiros de guerra. As tecnologias subjacentes que suportavam o downsizing ainda não estavam totalmente desenvolvidas naquela época, o que significava que os avanços no desenvolvimento de protótipos não surgiram imediatamente como resultado desse conjunto inicial de cálculos e design de conceito. De acordo com o ano de 2008, o atuador de acionamento de risco é usado pelos microrobôs menores.
O crescimento das ligações sem fios, particularmente Wi-Fi (ou seja, em redes domésticas), aumentou significativamente a capacidade de comunicação dos microbots e, como resultado, o seu potencial para se coordenarem com outros microbots, a fim de realizar atividades mais sofisticadas. A comunicação entre microbots tem sido objeto de uma quantidade significativa de pesquisas nos últimos tempos. Um exemplo disso é a criação de um enxame de robôs 1.024 na Universidade de Harvard, que pode se montar em uma variedade de formas. Outro exemplo é a produção de microbots na SRI International para o programa "MicroFactory for Macro Products", que pode construir estruturas leves e de alta resistência.
Também foi possível construir microbots conhecidos como xenobots utilizando tecidos orgânicos em vez de metal e componentes eletrônicos. Devido ao fato de serem autoalimentados, biodegradáveis e biocompatíveis, os xenobots são capazes de contornar algumas das questões tecnológicas e ambientais associadas aos microbots típicos.
É possível usar o prefixo "micro" para significar "pequeno" de forma subjetiva; no entanto, padronizar em escalas de comprimento ajuda a evitar confusão. Um nanorrobô teria, portanto, dimensões características iguais ou inferiores a um micrômetro, ou manipularia componentes que se enquadram na faixa de um a mil nanômetros. é necessária uma citação. Por exemplo, um microrrobô teria dimensões inferiores a um milímetro, um milirrobô teria dimensões inferiores a um centímetro, um minirrobô teria dimensões inferiores a dez centímetros (quatro polegadas) e um pequeno robô teria dimensões inferiores a cem centímetros (39 polegadas).
Mais de uma fonte refere-se a robôs que são maiores do que um milímetro como microbots, e robôs que são maiores do que um micrômetro são referidos como nanobots. Além disso, veja a categoria: micro robôs.
O movimento dos microrobôs é determinado pela finalidade dos robôs, bem como pelo tamanho que é necessário para eles. Quando se trata de tamanhos submícrons, o mundo físico requer o uso de métodos de transporte bastante peculiares. Quando se trata de robôs aéreos, o número Reynolds é inferior a um. Uma vez que as forças viscosas são mais poderosas do que as forças inerciais, é possível que o "voo" possa ser realizado utilizando a viscosidade do ar em vez do conceito de elevação de Bernoulli. É possível que os robôs que se movem através de fluidos necessitem de flagelos rotativos, semelhantes à forma móvel da E. coli. O robô é capaz de navegar nas superfícies de uma grande variedade de terrenos devido à capacidade de saltar, que é furtiva e eficiente com a gestão de energia. Os cálculos pioneiros (Solem 1994) investigaram os muitos comportamentos que poderiam ocorrer com base na realidade física.
Quando se trata do desenvolvimento de um microrrobô, um dos obstáculos mais significativos é produzir mobilidade utilizando uma fonte de alimentação muito limitada. Os microrobôs têm a capacidade de utilizar uma fonte de bateria pequena e leve, como uma célula de moeda, ou podem extrair energia do ambiente ao seu redor na forma de vibração ou energia luminosa. Além disso, motores biológicos, como Serratia marcescens flagelados, estão sendo utilizados como fontes de energia para microrrobôs. Estes motores são capazes de extrair energia química do fluido que envolve o dispositivo robótico, a fim de impulsioná-lo para a frente. Os biorrobôs em questão são capazes de ser controlados diretamente por estímulos como quimiotaxia ou galvanotaxis, e existem múltiplos sistemas de controle disponíveis para seu funcionamento. A utilização de energia induzida externamente como meio de alimentar robôs é uma alternativa comum à utilização de uma bateria de bordo. Exemplos de métodos que podem ser utilizados para ativar e operar microrobôs incluem a utilização de campos eletromagnéticos, ultrassom e luz.
"Design de microrobôs movidos a luz com aplicações em microbiologia e biomedicina" foi o principal tema da pesquisa que foi realizada em 2022 sob a metodologia fotobiocatalítica.
Vários tipos de locomoção são utilizados por microrobôs para viajar através de uma ampla variedade de configurações, que vão desde superfícies sólidas até fluidos fluidos. Os sistemas biológicos que servem de inspiração para essas tecnologias são frequentemente usados, e eles são projetados para serem eficazes em microescala. No processo de projetar e operar a locomoção do microrrobô, é necessário maximizar uma série de parâmetros, incluindo precisão, velocidade e estabilidade, minimizando simultaneamente outros, como consumo de energia e perda de energia. Isso é feito para garantir que o movimento do microrrobô seja correto, eficaz e eficiente.
Muitos fatores importantes, como o comprimento da passada e os custos de transporte, são utilizados no processo de caracterização da locomoção de microrobôs. Estes parâmetros são utilizados para caracterizar e avaliar o movimento dos microrrobôs. Uma passada é um ciclo completo de movimento que compreende todas as etapas ou fases necessárias para que um organismo ou robô siga em frente repetindo uma determinada sequência de ações. Um passo é utilizado no contexto do movimento. A distância que um microrrobô percorre num único ciclo completo do seu mecanismo de locomoção é referida como o comprimento da passada, que é medido em segundos. O termo "custo de transporte" (CoT) refere-se à quantidade de trabalho que é necessária para mover um microrrobô que tem uma unidade de massa ao longo de uma unidade de distância.
As capacidades de locomoção de superfície permitem que os microrobôs se movam de várias maneiras, incluindo andar, rastejar, rolar e saltar, entre outros movimentos possíveis. Os microrrobôs em questão são capazes de superar uma variedade de obstáculos, incluindo gravidade e atrito. O número Frounde é um dos parâmetros comumente usados para descrever a locomoção superficial. Define-se do seguinte modo:
F r é igual a
v.
2.
g) *
?;
s.
Em termos de estilo de exibição, Fr é igual ao fator de v ao quadrado. A expressão {g*\lambda _{s}}}}
v representa a velocidade do movimento, g representa o campo gravitacional e As representa o comprimento de uma passada. Um microrrobô que exibe um baixo número de Froude move-se mais lentamente e com maior estabilidade, uma vez que as forças da gravidade são a força dominante. Por outro lado, um microrrobô que exibe um elevado número de Froude mostra que as forças inerciais são mais significativas, o que permite um movimento mais rápido e possivelmente menos estável.
Quando se trata de locomoção superficial, rastejar é uma das atividades mais comuns. Há uma variedade de técnicas que os microrobôs usam para rastejar, mas a maioria delas envolve o movimento coordenado de muitas pernas ou apêndices. Várias criaturas, incluindo insetos, répteis e pequenos mamíferos, servem como fonte de inspiração para o mecanismo que impulsiona os movimentos dos microrobôs. Por outro lado, o RoBeetle é um exemplo de microrrobô rastejante. O microrrobô totalmente autónomo tem um peso de 88 miligramas, o que equivale aproximadamente ao peso de três grãos de arroz. O metanol é queimado num processo catalítico, que fornece energia ao robô. Micromúsculos artificiais catalíticos baseados em NiTi-Pt que são ajustáveis e compostos por um mecanismo de controle mecânico são a base deste projeto.
Quando se trata de acionar o movimento da superfície de microrrobôs, existem algumas outras alternativas disponíveis. Estes incluem atos magnéticos, eletromagnéticos, piezoelétricos, eletrostáticos e óticos.
Os microrrobôs que são capazes de nadar são projetados para funcionar em três dimensões enquanto passam por ambientes fluidos, como água ou fluidos biológicos. Pequenos animais aquáticos ou micróbios são utilizados como fonte de inspiração para o desenvolvimento de mecanismos de locomoção. Essas táticas incluem propulsão flagelar, puxão, propulsão química, propulsão a jato e ondulação da cauda. Os microrobôs que nadam precisam ser capazes de conduzir a água...
