Estudo e caracterização de polímeros condutores iônicos utilizados como músculos artificiais: propostas para melhoria de desempenho

Resumo

IPMCs (Ionomeric Polymer-Metal Composites ou Compósitos de Polímero Ionomérico-Metal) têm atraído atenção devido à sua capacidade de transformar energia deformacional em elétrica e vice versa. Esta capacidade habilita o material a ser utilizado tanto como um atuador mecânico ("músculo artificial") como em sensores de deformação. Dentre as vantagens desse sistema sobre atuadores e sensores convencionais os principais são sua leveza, possibilidade de miniaturização e, no caso de músculos artificiais, movimentos suaves, semelhantes aos executados por organismos vivos. Estes sistemas, dentre outras características, devem ser tolerantes a falhas em grandes deformações e por um número grande de ciclos, de forma a garantir sua confiabilidade no uso. No entanto, seu uso extensivo tanto em sistemas robóticos como de sensoriamento ainda é limitado por alguns fatores, tais como:i)alta sensibilidade da resposta do IPMC às condições ambientais, principalmente umidade relativa do ambiente, tornando difícil a previsão de seu comportamento;ii)fabricação tradicional com eletrodos de metais nobres, que podem sofrer danos e fadiga durante seu desempenho, diminuindo a confiabilidade do componente em número elevado de ciclos, além de ser de alto custo e de difícil produção em larga escala;iii)falta de modelos físicos e matemáticos que prevejam o comportamento destes componentes em condições diversas, tanto ambientais quanto de baixas e altas deformações. Dentre os principais fatores que ainda carecem de uma explicação razoável está o fenômeno de relaxação reversa.O objetivo do presente trabalho é compreender melhor o funcionamento destes dispositivos, que, apesar de terem construção simples, apresentam comportamento bastante complexo, propondo alternativas viáveis para minimizar os problemas listados anteriormente. Algumas possíveis soluções para os problemas acima são propostas, porém outras ainda poderão surgir no desenvolvimento do projeto.Dentre os estudos que deverão ser realizados, estão o estudo da influência do tipo de cátion no comportamento do IPMC. O uso de líquidos iônicos, por exemplo, tem se apresentado como uma alternativa interessante para diminuir a dependência do comportamento do material a condições ambientais.Outro estudo proposto é a escolha de eletrodos feitos com materiais alternativos, mais tolerantes a grandes deformações, tal como borracha condutora.De forma a melhorar a previsão do comportamento do componente, é proposto neste projeto um estudo do comportamento viscoelástico, pouco explorado ainda na literatura. Este estudo terá como objetivo principal verificar o papel do comportamento viscoelástico do polímero no fenômeno de relaxação reversa. (AU)