Como construir um exoesqueleto funcional

Para engenheiros com ideias de design, o maior desafio está em transformar o conceito em realidade, pois é nessa fase que a maioria das ideias fracassa. Para construtores independentes e criadores sem formação formal, essa lacuna é ainda maior. As decisões de design têm consequências imediatas: Peso, força, movimento e controlabilidade interagem de formas que são difíceis de prever sem um processo de design estruturado.

Tyler Csatari se diverte muito trabalhando nessa área. Com mais de 4 milhões de seguidores no TikTok (3M+), Instagram (900K+) e Facebook (250K+), Csatari se especializa em projetos de fabricação mecânica desafiadores ou na criação e construção de sistemas que ele nunca tentou antes. Seu objetivo, além de replicar a aparência, é criar sistemas funcionais, algo que ele chama de cosplay prático, onde a mecânica funciona exatamente como planejado.

Csatari observa: “Gosto de projetos que parecem desafiadores. Você aprende tanto.” Essa mentalidade de começar sem ter todo o conhecimento necessário e resolver os problemas à medida que surgem foi a base para a sua criação mais complexa: um exoesqueleto.

O design do exoesqueleto de Csatari exigia quatro braços controlados de forma independente, capazes de se moverem com fluidez e manterem a integridade estrutural. Cada braço precisava se estender para fora, suportar seu próprio peso e reagir aos estímulos sem ceder sob a carga. Csatari observa: “O desafio é o torque. Quanto mais longe um braço se estende, mais força a base precisa para sustentá-lo”.

O desenvolvimento do exoesqueleto também exigia que ele fosse vestível, mas a presença de motores em todas as articulações aumentaria o peso e a complexidade, criando novos pontos de falha. Portanto, o design precisava equilibrar a transmissão de força, a distribuição de peso e a controlabilidade dentro de um espaço físico limitado.

Csatari superou essas limitações utilizando um sistema acionado por cabos, projetado inteiramente no SOLIDWORKS Design®. Ele utilizou cabos de Kevlar que passavam por uma estrutura de vértebras impressas em 3D, conectadas a motores fixados em uma placa traseira, em vez de instalar motores em cada articulação.

Cada braço funciona com três cabos controlados, permitindo movimentos em múltiplos eixos e reduzindo o peso ao mínimo. A arquitetura baseada em polias distribui a força de forma mais eficiente, reduzindo a carga necessária na base e mantendo a amplitude de movimento. Para o desenvolvimento deste dispositivo vestível e de suas peças, foi necessário considerar aspectos como flexibilidade, cinemática e durabilidade.

Csatari modelou cada componente digitalmente antes de imprimi-lo, incluindo a geometria das dobradiças, as interfaces dos rolamentos e as estruturas de montagem. Isso permitiu que ele aprimorasse o comportamento do movimento e as relações estruturais antes da fabricação.

Csatari prefere o SOLIDWORKS por vários motivos: “Era o mais acessível. Você pode trabalhar tanto offline quanto online. Havia tantas ferramentas diferentes que esta pareceu a escolha ideal.”

Ele também destaca: “A capacidade [do SOLIDWORKS] de transformar em forma aquilo que você imagina na sua mente é o caminho mais rápido que existe para transformar uma ideia em um resultado real, exatamente como você deseja”.

Do conceito ao sistema em funcionamento

Ao utilizar o SOLIDWORKS, Csatari conseguiu manter um fluxo de trabalho organizado, no qual as decisões de design para o desenvolvimento do exoesqueleto eram tomadas digitalmente, e não fisicamente. Em vez de criar vários protótipos, Csatari validou os conceitos estruturais, as trajetórias de movimento e as relações entre os componentes diretamente no modelo CAD, antes de iniciar a produção física.

Csatari acrescenta: “Comecei [o projeto do exoesqueleto] quando me tornei realmente proficiente no SOLIDWORKS. Descobri várias funcionalidades que tornam o processo de design 10 vezes mais rápido e mais fácil”.

Essa abordagem, aplicada durante todo o processo de design, reduziu o retrabalho e permitiu que ele gerenciasse a complexidade do sistema em diversos mecanismos e subsistemas interligados. O design acionado por cabos demonstra claramente como a modelagem permitiu encontrar uma solução não óbvia para obter um movimento controlado sem a necessidade de excesso de hardware na estrutura mecânica final.

O fluxo de trabalho também acelerou o processo de desenvolvimento. Csatari observa que, graças ao SOLIDWORKS, projetos que antes pareciam complexos e desafiadores podem ser executados rapidamente após a modelagem. O modelo em si se tornou a base do projeto, definindo a geometria, o comportamento e a lógica de montagem antes mesmo da produção física de qualquer componente.

Fundamentos do design digital

O projeto de Csatari mostra que, quando os problemas de design são resolvidos digitalmente na fase inicial, a execução se torna muito mais previsível. O SOLIDWORKS apoia essa transformação ao permitir que construtores e criadores definam, testem e aprimorem sistemas mecânicos complexos antes mesmo de iniciar a produção.

O protótipo virtual do SOLIDWORKS permite que os usuários explorem rapidamente diferentes alternativas de design e identifiquem ideias boas e ruins de forma mais ágil, acelerando assim o processo de inovação. Recursos como verificação de interferência e a capacidade de simular movimentos para evitar colisões ajudaram Csatari a transformar suas ideias em realidade de forma mais rápida e eficiente.

O SOLIDWORKS pode aumentar as chances de que suas ideias se transformem em produtos físicos funcionais e desejáveis já na primeira tentativa de fabricação.