Quanto menor um robô, maior pode ser seu problema com energia. Baterias ocupam espaço, aumentam o peso e limitam o tempo de funcionamento, especialmente em máquinas projetadas para entrar em lugares inacessíveis. Agora, cientistas chineses apresentaram uma alternativa que dispensa uma bateria convencional para alimentar a locomoção. O dispositivo conseguiu funcionar intermitentemente durante 150 dias em laboratório. Entretanto, sua autonomia depende de uma condição bastante peculiar: o material que existe debaixo de seus pés.
O robô transforma o chão em uma bateria a cada passo
A tecnologia foi desenvolvida por pesquisadores da Universidade Fudan, na China, em um estudo liderado por Yue Gao e publicado na revista científica National Science Review.
O princípio é surpreendentemente simples: em vez de carregar toda a energia necessária, o robô aproveita determinadas superfícies sobre as quais caminha.
Para isso, os pesquisadores instalaram uma membrana especial em suas patas.
Produzida com um gel de poliacrilato de potássio, material capaz de reter água, essa película possui apenas 135 micrômetros de espessura, dimensão próxima à de uma folha de papel.
Quando entra em contato com metais como alumínio ou zinco, ocorre uma reação eletroquímica.
O metal da superfície libera elétrons, enquanto o oxigênio do ar participa da reação na outra extremidade do sistema.
Assim, o próprio chão funciona como um dos componentes de uma bateria do tipo metal-ar.
A reação começa em aproximadamente 0,1 milissegundo após o contato e é interrompida quando a pata se levanta.
Nos testes, a membrana alcançou densidades de potência de 133 miliwatts por centímetro quadrado sobre zinco e 103 sobre alumínio.
Segundo os pesquisadores, esses valores são aproximadamente dez vezes superiores aos de determinadas microbaterias convencionais utilizadas como referência.
Mas o desempenho energético foi apenas uma parte da demonstração.
O experimento durou 150 dias e ultrapassou um milhão de passos
Para verificar a viabilidade da tecnologia, a equipe construiu um pequeno robô caminhante utilizando impressão 3D.
O dispositivo mede aproximadamente 6,7 por 5,7 centímetros e foi submetido a diferentes condições de laboratório.
Durante os experimentos, conseguiu funcionar de maneira intermitente por 150 dias.
Inicialmente, completou mais de dez mil passos sem quedas significativas de tensão elétrica. Posteriormente, ultrapassou a marca de um milhão de passos.
Isso não significa que tenha caminhado continuamente durante cinco meses, mas demonstra a capacidade do sistema de operar repetidamente ao longo de um período prolongado.
A membrana também resistiu a temperaturas entre -20 °C e 80 °C.
Além de movimentar o robô sobre superfícies metálicas inclinadas, o sistema conseguiu alimentar uma luz LED e um transmissor Bluetooth.
Outra característica interessante é que a membrana também funciona como sensor.
As características do sinal elétrico variam conforme o material e a rugosidade da superfície.
Isso poderia permitir que futuros robôs identificassem determinados tipos de piso enquanto se deslocam, sem depender exclusivamente de sensores adicionais.
Entretanto, essa solução energética apresenta uma desvantagem importante.
Para produzir eletricidade, o robô precisa consumir parte do metal
A tecnologia não cria energia do nada.
Na reação eletroquímica, o metal utilizado como superfície fornece os elétrons necessários ao funcionamento do sistema.
Consequentemente, parte desse material é consumida durante a operação.
Ao longo dos experimentos, os pesquisadores registraram o consumo de aproximadamente dois gramas de alumínio.
Isso significa que o robô obtém energia à custa de uma transformação química do material sobre o qual caminha.
A membrana também apresenta limitações de durabilidade, incluindo degradação associada ao dióxido de carbono presente no ar.
Durante os testes, foi necessário repor manualmente determinados componentes químicos.
Outro obstáculo está na dependência do tipo de superfície.
O sistema não consegue produzir eletricidade da mesma maneira sobre plástico, vidro, terra ou materiais orgânicos.
Para atravessar essas regiões, o robô precisa utilizar um pequeno supercapacitor, capaz de armazenar temporariamente a energia obtida anteriormente.
Portanto, embora dispense uma bateria convencional como fonte principal, ele ainda depende de armazenamento auxiliar em determinadas situações.
Pequenos robôs poderiam inspecionar lugares onde humanos não conseguem entrar
Apesar das limitações, os pesquisadores enxergam aplicações interessantes para a tecnologia.
Superfícies metálicas estão presentes em tubulações, equipamentos industriais, estruturas de edifícios e instalações elétricas.
Esses ambientes poderiam receber pequenos robôs destinados a realizar inspeções em espaços estreitos ou de difícil acesso.
Em vez de depender constantemente de recargas ou cabos, as máquinas aproveitariam parte da infraestrutura como fonte energética.
Os autores também mencionam possibilidades mais distantes, como a utilização de dispositivos semelhantes em operações de busca entre escombros após terremotos.
Entretanto, essas aplicações ainda precisam superar obstáculos relacionados à durabilidade, à variedade de superfícies e ao consumo dos materiais utilizados.
O experimento demonstra que um robô pode obter energia diretamente do ambiente enquanto se movimenta, mas essa autonomia não é ilimitada nem gratuita.
A inovação está justamente em transformar uma superfície comum em parte do sistema de alimentação.
E, embora ainda esteja longe de substituir as baterias dos robôs convencionais, ela apresenta uma nova maneira de pensar a energia em máquinas extremamente pequenas.
