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Imitações da natureza

Para aperfeiçoar os drones, pesquisadores se inspiram em diferentes animais, como moscas, morcegos e até peixes saltadores

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postado em 09/06/2014 16:00 / atualizado em 08/08/2014 14:10

Roberta Machado

 

 (OPScience/Divulgação) 

A popularização dos drones, pequenos veículos aéreos não tripulados, logo encontrou diversas utilidades para essas máquinas voadoras, que vão desde o monitoramento militar à entrega de pizza. Mas o sonho de ter assistentes realizando tarefas tão variadas em pleno ar também exige uma diversidade igualmente grande de modelos que possam planar, pular, pousar, decolar e fazer todas as outras atividades que se espera deles. Para atender a esse dilema de engenharia de proporções inéditas, pesquisadores procuraram inspiração na mãe natureza. Um conjunto de trabalhos publicados em uma coletânea especial da revista especializada Bioinspiration and Biomimetics mostra alguns dos mais curiosos trabalhos que unem o talento animal à sabedoria da ciência.


Os grupos de diferentes países deixaram as ferramentas de lado por um tempo para buscar exemplos de bichos que poderiam ensinar aos drones como voar melhor. Além de pássaros, foram observados morcegos, insetos, esquilos, cobras e peixes — qualquer bicho capaz de sair do chão por um tempo prolongado tem algo a ensinar aos cientistas.


“Pássaros são criaturas incríveis, e seu desempenho ainda é, de muitas formas, insuperável pelos drones. Como inspiração, estávamos procurando algo mais simples, e o planar do esquilo voador e do peixe voador nos forneceu princípios claros de design”, justifica Alexis Lussier Desbiens, autor de um dos projetos e pesquisador da Universidade de Sherbrooke, no Canadá. Outros grupos trabalham no aperfeiçoamento de moscas robóticas menores que uma moeda, enquanto o mesmo bicho ainda é estudado por equipes que querem entender com mais detalhes os segredos do voo desse inseto.


Se depender desses cientistas, drones tomarão os céus aos montes. Particularmente, um grupo de pesquisadores da Hungria está investido em toda uma revoada de nove robôs para realizar tarefas em conjunto. “O mais importante que aprendemos é que a intuição que padroniza o movimento coletivo é o pré-requisito para manter um voo em grupo estável e seguro”, conta Csaba Virágh, pesquisador da Universidade Eötvös Loránd, em Budapeste. A tecnologia foi testada com um grupo de quadricópteros que seguiu um carro em movimento em uma cena que poderia ser de uma versão de ficção científica de um filme do Hitchcock.

 (OPScience/Divulgação) 

Manobras sutis
A dinâmica do voo da mosca ainda é um fenômeno pouco compreendido pelos cientistas, e surpreende pela destreza com que esses bichos podem mudar de direção e velocidade em um piscar de olhos. Reflexos tão eficientes seriam perfeitos para pequenos robôs que voassem em conturbados cenários urbanos. Para tentar simular as manobras do mundo animal, pesquisadores da Universidade de Washington e do Instituto de Tecnologia da Califórnia, ambos nos EUA, criaram um modelo robótico que reproduz a estrutura do corpo da mosca comum e usaram o protótipo para entender como esses insetos ajustam a velocidade de voo para se manter estáveis no ar. Os estudos mostraram que os pequenos animais controlam a aceleração com mudanças muito sutis da posição das asas, e que essa habilidade pode ser transferida para os drones com um simples ajuste na inclinação das máquinas.

 

 (OPScience/Divulgação) 

Avião saltador
Uma pesquisa feita em conjunto pela Universidade de Sherbrooke (Canadá) e pela Universidade de Stanford (EUA) criou um pequeno aeroplano inspirado nos animais capazes de saltar longas distâncias, como esquilos, cobras e peixes. O grupo estudou vídeos de pulos de algumas dessas espécies e fez uma longa pesquisa para entender como eles conseguem planar com tanta suavidade, mesmo sem ter asas. A equipe, então, criou dois modelos de planadores que podem ser usados para calcular a distância e a velocidade desse tipo de máquina, além de estudar o uso de diferentes designs para saltar em superfícies variadas. Robôs que saltam e voam podem ser usados para ultrapassar grandes obstáculos antes de ganhar distância pelo ar. 

 

 (OPScience/Divulgação) 

Debandada de máquinas
Baseados em um trabalho anterior sobre revoadas de pombos, cientistas da Hungria desenvolveram um novo modelo para os chamados enxames de robôs voadores. Como dividem suas habilidades com diversas unidades, as revoadas robóticas contam com a vantagem da redundância de dados e são capazes de realizar levantamentos mais precisos do que um único mecanismo voador. A distância de um objeto, por exemplo, pode ser medida por meio da média obtida por todos os sensores ultrassônicos. As gangues de drones podem ser utilizadas ainda como um sistema de monitoramento móvel e para estabelecer redes de comunicação por rádio, além de servir como ferramenta de patrulha de grandes áreas e como ferramenta para operações de busca e salvamento.

 

 (OPScience/Divulgação) 

Bat-drones
Diferentes trabalhos voltaram as atenções para os morcegos em busca de soluções para robôs voadores mais eficientes. Um grupo de pesquisadores da Suíça, da Alemanha e dos Estados Unidos usou simulações de computador para compreender como os mamíferos podem aproveitar a aerodinâmica para ganhar altura enquanto planam. Outro trabalho americano estudou como esses bichos ativam os músculos para ganhar mais rigidez nas asas durante o voo. E uma terceira equipe escolheu usar uma asa mecânica idêntica à do morcego para simular os movimentos que o animal faz em pleno ar. A máquina foi programada para executar diferentes movimentos e teve as forças aerodinâmicas e mecânicas medidas em laboratório. O equipamento permitiu aos pesquisadores da Universidade de Brown fazer experimentos que seriam muito penosos para cobaias reais.

 

Pequeno voador
As moscas também foram a inspiração de uma equipe da Universidade de Harvard que desenvolveu um algoritmo capaz de ajudar na fabricação de drones minúsculos. O grupo trabalha há mais de uma década no projeto de um inseto mecânico que pesa apenas 80mg e é menor que uma moeda. O dispositivo funciona a partir de um sistema piezoelétrico, que usa materiais de cerâmica especial para transformar sinais elétricos em movimentos. O robô, que bate as asas de apenas 3cm numa frequência de 120 vezes por minuto, é feito a partir de uma estrutura de fibra de carbono, cujo mecanismo exige um delicado trabalho de montagem. A recente pesquisa é mais um passo para o aperfeiçoamento do voo da mosca mecânica, que, no futuro, poderá ser produzida em massa. Atualmente, o inseto artificial é capaz de se manter no ar por 20 segundos.

 

Para voar e agarrar
Assim como aves de rapina agarram presas do chão em pleno voo, o quadricóptero criado pelas universidades Carnegie Mellon e da Pensilvania colhe e deposita objetos. A manobra é rápida e funciona até mesmo com itens sensíveis. A habilidade foi ensinada por meio de algoritmos e testada com um objeto cilíndrico. O drone conta com um sistema de captura de movimentos externos que fornece informações precisas da posição dos alvos. A função também foi testada em robôs mais simples. Logo, a tecnologia pode estar acessível à maioria dos drones. 

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