Pesquisadores da Universidade de Jiangsu desenvolveram uma plataforma robótica flexível sensível à luz baseada em elastômeros de cristal líquido (LCEs) que permite movimentos programáveis de escalada e transformação de forma através de programação estrutural hierárquica e topológica. O trabalho, relatado em 11 de outubro de 2025 na revista Chinese Journal of Polymer Science, demonstra como controlar a orientação molecular e a topologia pode desbloquear padrões de movimento incluindo enrolamento, aperto, locomoção e autotravamento em sistemas robóticos flexíveis.
O estudo apresenta uma estratégia de design hierárquico que projeta LCEs em estruturas programáveis capazes de transformação reversível hélice-plano, escalada controlada por infravermelho próximo e comportamentos de travamento dependentes da topologia. Ao integrar nanofios de prata fototérmicos e LCEs mecanicamente pré-alinhados, os atuadores alcançam operação remota, preensão adaptativa ao terreno e até escalada de postes semelhante a coalas. Os pesquisadores fabricaram filmes de LCE via reação tiol-acrilato em dois estágios e introduziram pré-programação helical atingindo 1000% de deformação, o que melhorou significativamente o alinhamento molecular verificado por padrões de Espalhamento de Raios-X a Baixo Ângulo.
Uma estrutura de três camadas (AgNW/LCE/PI) aumentou a absorção de infravermelho próximo através de ressonância plasmônica de superfície localizada, permitindo conversão fototérmica-mecânica eficiente. Esses materiais mostraram comutação reversível helicoidal-planar, permitindo agarrar objetos através de plataformas multi-terreno como cavernas, encostas de colinas e cânions. Sob iluminação, o atuador contrai com ângulos de curvatura controláveis e desempenho cíclico estável. Um atuador semelhante a uma videira alcançou escalada acionada por luz através de contração sequencial das regiões cauda-corpo-cabeça, impulsionada por gradientes de temperatura móveis durante a varredura de infravermelho próximo, com imagens infravermelhas confirmando transferência de calor coordenada durante a escalada em postes verticais.
A equipe introduziu ainda programação topológica de Möbius, onde estruturas torcidas 180° permitiram atuação reversível, enquanto torções de 360° produziram deformação de autotravamento, formando anéis concêntricos ou estados "em forma de 8" dependendo da iluminação. Com base nesse mecanismo, foi desenvolvido um dispositivo de escalada inspirado em coalas, capaz de avançar ~5–7 mm por ciclo e escalar hastes inclinadas, mesmo enquanto carregava 1,6 g. Os autores enfatizam que o avanço crucial está na integração da programação de orientação molecular com atuação topológica acionada por luz, observando que estruturas LCE hierárquicas permitem modos de atuação anteriormente inacessíveis à robótica flexível convencional.
Este design demonstra como a programação estrutural em escalas moleculares e geométricas desbloqueia comportamentos de transformação de forma semelhantes a gavinhas biológicas e animais. Os pesquisadores acreditam que a abordagem oferece um quadro geral para projetar futuros sistemas robóticos flexíveis capazes de navegar em ambientes tridimensionais complexos. O estudo apresenta uma estratégia escalável para a robótica flexível de próxima geração, onde um único sistema de material pode escalar, agarrar, ancorar e reconfigurar sem eletrônicos ou atuadores rígidos. Aplicações potenciais incluem inspeção de tubulações, ferramentas cirúrgicas minimamente invasivas, exploração ambiental e micromanipulação sob orientação de infravermelho próximo.
A topologia programável de Möbius fornece uma nova rota para memória mecânica e estruturas de travamento, permitindo locomoção energeticamente eficiente e dispositivos implantáveis. Desenvolvimentos futuros podem focar na integração de módulos de sensoriamento, aumento da velocidade de resposta e extensão da operação para plataformas autônomas sem fio. O trabalho destaca como a lógica estrutural bioinspirada pode transformar LCEs em sistemas robóticos adaptativos. A pesquisa está documentada no artigo da revista disponível em https://doi.org/10.1007/s10118-025-3418-3.
