Cientistas testaram seu robô voador aeroaquático no Lago Genebra, provando que ele tem velocidade e potência suficientes para sair da água com uma única asa.
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Engenheiro Mecânico Por Raphael Zufferi O laboratório do MIT tem um tanque gigante cheio de água azul-turquesa brilhante, muitos ventiladores que podem soprar uma brisa forte e pequenos robôs voadores para onde quer que você olhe.
São os robôs a estrela do show aqui, e eles são inspirados em aves marinhas mergulhadoras, como o papagaio-do-mar do Atlântico, que usa suas asas para voar e nadar.
“Esses papagaios-do-mar resolvem a tarefa realmente desafiadora de se mover no ar, na água, apesar da enorme diferença de densidade”, disse Zufferi.
Ele e seus colegas queriam ver se conseguiriam construir um robô do tamanho de um pássaro que pudesse se mover entre os dois meios e entre eles. Isso é algo que ninguém fez antes.
O engenheiro mecânico do MIT, Raphael Zufferi, é um dos líderes do projeto de desenvolvimento do novo robô.
Ari Daniel/NPR
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Dr. em um artigo de pesquisa publicado na revista na quinta-feira ciênciaEles descrevem a engenharia de um robô aéreo-aquático. Ele pesa cerca de meio quilo e sua envergadura mede cerca de um metro, de ponta a ponta.
“É um lindo robô”, disse ele Glenna Cliftoné um biólogo do movimento animal da Universidade de Portland, em Oregon, que colabora com os roboticistas, mas não esteve envolvido neste projeto de pesquisa. Ele diz que o robô fornece informações sobre o que torna única a biologia do voo das aves mergulhadoras.
Tem muitas aplicações potenciais, incluindo monitorização oceânica costeira e alguma monitorização de recifes de coral remotos. O robô pode voar em direção a recifes – ou qualquer outra coisa, como vagens de baleias ou proliferação de algas – e então coletar amostras e dados de água.
Esses robôs de inspiração biológica podem aprender tanto com a natureza quanto com a engenharia. “A biologia inspira a robótica”, diz Clifton, “mas a robótica é usada para compreender a biologia”.
Os engenheiros estudaram a forma como os papagaios-do-mar mergulham, nadam e voam, e se movem entre o ar e a água.
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Projetando um robô sofisticado
Demorou dois anos para construir este robô. “Pensar em uma asa que possa operar em ambos (ar e água) parece um tanto eficientemente impossível”, Zufferi lembra de ter pensado.
Mas ele e seus colegas não se intimidaram. Eles basearam o plano corporal geral do robô em um pássaro mergulhador, mas fizeram alguns desvios importantes.
Primeiro, eles decidiram não incluir pernas porque, na robótica, as pernas são difíceis de criar, controlar e alcançar o movimento desejado em um robô. “Em vez disso, pensamos: ‘Podemos simplesmente ir da água para o ar diretamente com as asas?'”, Diz Zufferi.
Em segundo lugar, a equipe de pesquisa decidiu não tornar essas asas dobráveis, como acontece em muitas aves mergulhadoras. Isso seria muito complicado, disse Zufferi. “Você tem que adicionar juntas, você tem que adicionar motores. Então, em vez disso, confiamos na flexibilidade das asas.”
Ele segura o robô definitivo. É elegante. O corpo central, que abriga o motor e a bateria, é totalmente aberto, o que significa que suas entranhas eletrônicas ficam visíveis.
“Então a água inunda todo o sistema aqui”, explica Zufferi. “Você tem que impermeabilizar cada componente, individualmente.” Essa abordagem permite que o robô voe facilmente pelo ar e seja leve o suficiente para ter flutuabilidade neutra, o que significa que não flutuará até a superfície nem afundará. É mantido apenas em água.
O design do corpo aberto do robô mantém sua flutuabilidade neutra na água, o que significa que ele não flutuará na superfície nem afundará. É mantido apenas em água.
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O robô tem uma cauda que o ajuda a voar. As asas são feitas de tecido de náilon transparente reforçado com suportes de fibra de carbono. Zuffery segura o corpo do robô enquanto suas asas sobem e descem cada vez mais rápido. “Você pode realmente sentir a força”, diz ele.
O robô bate cinco a seis vezes por segundo para manter o vôo. Para sair da água e impulsionar-se no ar, porém, ele deve bater as asas dez vezes por segundo para gerar velocidade e impulso suficientes.
A maioria das aves mergulhadoras não consegue gerar esse tipo de força apenas com as asas, então pousam usando os pés para correr ao longo da superfície da água. (O martim-pescador é uma exceção, mas é uma ave particularmente leve, diz Zufferi.)
“Um passo memorável”
Zufferi fez uma videochamada que ele e seus colegas filmaram no Lago Genebra, na Suíça. Os Alpes se erguem ao longe e a superfície da água está calma.
Há uma leve ondulação antes de o robô sair da água e voar – tudo em menos de um segundo. Na verdade, parece um pássaro voando.
Os pesquisadores calcularam o ângulo ideal de lançamento e o tamanho da asa. E eles estimam que, com uma única carga, o robô poderia voar até seis quilômetros ou nadar mais de um quilômetro, “o que é mais longo do que a parte de corrida e natação de um triatlo de velocidade”, observa Clifton.
Uma ilustração fotográfica mostra o arco de vôo do robô, conforme ele sai da água e voa no ar.
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Ele ficou impressionado com o robô como um todo. “É leve e forte e um passo monumental no desempenho tanto na natação, no vôo e na transição entre os dois”, diz ela.
No futuro, Zufferey está entusiasmado em usar esses robôs para uma variedade de aplicações, incluindo monitoramento da proliferação de algas nocivas, estoques de peixes e erosão costeira. Ele planeja equipar o dispositivo com vários sensores integrados para permitir essa coleta de dados.
Além disso, Zufferi e sua equipe continuam a refinar e melhorar seus robôs aéreo-aquáticos – aprimorados pela experimentação, mas ainda inspirados no mundo natural. “Você vê que isso já foi feito em biologia”, diz ele.
“Portanto, isso lhe dá esperança como pesquisador de robótica. Diz que isso deveria ser possível.”
