Atuadores eletrostáticos para o espaço: a Universidade de Trento desenvolve “músculos artificiais” leves, compactos e compatíveis com o vácuo.

O Departamento de Engenharia Industrial da Universidade de Trento desenvolveu novos atuadores eletrostáticos leves e compactos para aplicações espaciais, em colaboração com a Scuola Superiore Sant'Anna de Pisa e o Instituto Italiano de Tecnologia. Os resultados foram publicados na revista Nature Communications.

Sistemas de atuadores para ambientes extraterrestres: objetivos e contexto do projeto

No âmbito do projeto de pesquisa Fleap – Máquinas eletroativas de polímero com espaço para fluidos , financiado por uma bolsa ERC Starting Grant , uma equipe da Universidade de Trento contribuiu para a criação de uma nova geração de atuadores eletrostáticos de película fina , projetados para operar em condições extremas, como as de missões espaciais .

Esses dispositivos, com apenas alguns centímetros de tamanho e pesando apenas alguns gramas, são capazes de levantar cargas centenas de vezes maiores que o seu próprio peso . De acordo com os pesquisadores, suas características os tornam adequados para uso em robôs orbitais, sistemas de exploração planetária, sistemas de satélites móveis e telescópios espaciais .

O desenvolvimento foi realizado em colaboração com o Instituto Italiano de Tecnologia e o Instituto de Inteligência Mecânica da Scuola Superiore Sant'Anna em Pisa, sob a supervisão de Giacomo Moretti , professor associado da Universidade de Trento.

Estrutura e funcionamento dos atuadores

Os dispositivos produzidos são atuadores eletrostáticos compostos por:

• Polímeros isolantes flexíveis , já utilizados em eletrônica de alta tensão.
• Camadas metálicas condutoras com espessura nanométrica , que atuam como eletrodos.
• Cavidades de vácuo que reproduzem a atmosfera típica de ambientes extraterrestres.

A aplicação de uma tensão elétrica induz deformações controladas na estrutura do dispositivo, graças ao comportamento eletrostático das superfícies. As cavidades comprimem-se sob o efeito da força eletrostática, produzindo movimentos lineares semelhantes aos de um músculo .

Segundo Moretti, os novos atuadores oferecem vantagens em relação aos motores elétricos convencionais , em particular:

* Sem sobreaquecimento , pois o funcionamento é baseado em cargas estáticas e não em correntes contínuas;
* Ausência de engrenagens para obter movimentos lineares;
* Compatibilidade com ambientes de alto vácuo , sem a necessidade de lubrificantes.

Aplicações espaciais e desempenho comprovado

Testes experimentais realizados nos laboratórios da Scuola Superiore Sant'Anna demonstraram que os atuadores:

• Elas geram forças que são significativas em relação à sua massa ;
• Eles possuem uma alta relação potência-peso ;
• Manter baixo consumo de energia ;
• Eles são compatíveis com os materiais e regulamentos para o espaço .

Moretti destaca como a ausência de atmosfera em órbita permite movimentos rápidos , eliminando o atrito e a dissipação de calor. A construção dos atuadores envolveu diversas fases: a primeira etapa de produção em Trento (fabricação das camadas funcionais) e a montagem final em Pisa , onde também ocorreu a validação com interfaces mecânicas.

Contribuição do laboratório da Universidade de Trento

O Laboratório de Transdutores Eletroativos Flexíveis de Trento , ativo no Departamento de Engenharia Industrial, selecionou os seguintes materiais:

• a concepção da bancada de testes para simular condições de vácuo;
• o desenvolvimento de procedimentos de fabricação compatíveis com o espaço;
• o projeto de interfaces mecânicas para testar aplicações como preensão e manipulação.

Daniele Bortoluzzi , especialista em testes de sistemas espaciais, e o próprio Moretti, que trabalha com atuadores eletrostáticos e robótica avançada, também participaram do projeto.

Perspectivas de desenvolvimento e continuidade do projeto

O projeto Fleap , lançado em janeiro de 2025, é financiado por uma bolsa inicial de cinco anos do ERC (Conselho Europeu de Investigação) e visa desenvolver máquinas eletrostáticas de polímero ativas para aplicações avançadas, não apenas no espaço, mas também em robótica médica e microautomação.

A publicação dos resultados na Nature Communications reforça o valor científico da abordagem adotada e abre a possibilidade de integrar esses atuadores em sistemas robóticos complexos , onde as necessidades de leveza, compacidade e confiabilidade são fundamentais.

Segundo um comunicado de imprensa oficial da Universidade de Trento, o trabalho em curso faz parte de uma linha de pesquisa mais ampla focada na transdução eletromecânica de alto desempenho para ambientes extremos, com um enfoque crescente no desenvolvimento de componentes inteligentes para espaçonaves e instrumentos de observação avançados.

O artigo "Atuadores eletrostáticos para o espaço: Universidade de Trento desenvolve 'músculos artificiais' leves, compactos e adequados para vácuo" foi publicado no Tech | CUENEWS .