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Robôs espaciais usarão engrenagens de vidro metálico

Robôs espaciais usarão engrenagens de vidro metálico
As peças de vidro metálico não ficam quebradiças nem em frio extremo, além de dispensarem os lubrificantes.[Imagem: NASA/JPL-Caltech]

Engrenagens para o frio

Para os robôs espaciais, engrenagens superprecisas não são suficientes: elas precisam funcionar bem em temperaturas não encontradas nem nos melhores congeladores frigoríficos.

Marte, por exemplo, tem uma temperatura média de -60º C, que chega fácil aos -140 ºC à noite ou nos polos. E, quanto mais fundo se vai pelo Sistema Solar - nas luas de Júpiter ou Saturno, por exemplo - o frio é ainda maior.

Ocorre que, quando congelados, os metais tornam-se quebradiços, o que pode quebrar os dentes de uma engrenagem e colocar toda a missão a perder.

Engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA descobriram uma forma de minimizar esse problema: construir as engrenagens e outros sistemas mecânicos para os robôs usando vidros metálicos, que podem ser flexíveis e até maleáveis.

"Embora os vidros metálicos estejam sendo explorados há bastante tempo, entender como projetá-los e implementá-los em peças estruturais tem sido um desafio difícil de vencer," explicou Douglas Hofmann.

"Nossa equipe de pesquisadores e engenheiros do JPL, em colaboração com grupos da Caltech e da Universidade de San Diego, finalmente fizeram os vidros metálicos passarem nos testes necessários para demonstrar seus benefícios potenciais para as espaçonaves da NASA. Estes materiais poderão ser capazes de nos oferecer soluções para a mobilidade em ambientes hostis, como na lua Europa, de Júpiter," acrescentou.

Engrenagens sem lubrificação

Os vidros metálicos mostraram ser o melhor material para engrenagens perfeitas devido à sua estrutura atômica, que é amorfa, ou desordenada, ao contrário da estrutura cristalina perfeitamente organizada dos metais.

Para fabricá-los é necessário fundir o metal e então resfriá-lo rapidamente. No estado líquido, o metal perde sua organização cristalina, e o resfriamento rápido faz com que ele endureça novamente sem que os átomos tenham tempo de se reorganizar, "travando-os" em sua desorganização. Isso significa que esse material em estado vítreo pode ser processado como qualquer vidro, por extrusão ou moldagem, compondo peças de qualquer formato.

Os testes mostraram que as engrenagens de vidro metálico suportam torques elevados a temperaturas de até -200º C sem se quebrar, além do que as peças deslizam suavemente umas nas outras mesmo sem lubrificantes. Isso promete também economizar energia - o robô Curiosity, por exemplo, gasta energia preciosa aquecendo a graxa que lubrifica suas rodas todas as vezes que ele precisa se mover.

"Poder operar engrenagens nas baixas temperaturas de luas geladas, como Europa, vira o jogo [...]. A energia não precisa mais ser drenada dos instrumentos científicos para o aquecimento do lubrificante da caixa de engrenagens, o que preserva a preciosa energia das baterias," disse Peter Dillon, outro membro da equipe.

Bibliografia:

Optimizing Bulk Metallic Glasses for Robust, Highly Wear-Resistant Gears
Douglas C. Hofmann, Laura M. Andersen, Joanna Kolodziejska, Scott N. Roberts, John-Paul Borgonia, William L. Johnson, Kenneth S. Vecchio, Andrew Kennett
Advanced Engineering Materials
Vol.: 6: 37773
DOI: 10.1002/adem.201600541

Castable Bulk Metallic Glass Strain Wave Gears: Towards Decreasing the Cost of High-Performance Robotics
Douglas C. Hofmann, Raul Polit-Casillas, Scott N. Roberts, John-Paul Borgonia, Robert P. Dillon, Evan Hilgemann, Joanna Kolodziejska, Lauren Montemayor, Jong-ook Suh, Andrew Hoff, Kalind Carpenter, Aaron Parness, William L. Johnson, Andrew Kennett, Brian Wilcox
Nature Scientific Reports
DOI: 10.1038/srep37773




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