Se alguém lhe pedisse para se mover como um robô e você respondesse com a arte fluida do balé, seu público ficaria perplexo, mas, tecnicamente, você estaria certo. Os robôs são famosos por seu movimento rígido característico, que é útil em algumas aplicações, mas pode dificultar a adaptabilidade. Agora, os pesquisadores desenvolveram uma asa robótica que se transfer como nenhuma outra.
Usando uma combinação de robótica suave e biomimética, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Southampton, da Universidade de Edimburgo e da Universidade de Tecnologia de Delft desenvolveu uma asa robótica que se transfer com notável fluidez debaixo d’água. A asa tem uma pele que pode “sentir” e se adaptar às perturbações.
Universidade de Southampton
Os robôs têm muito mais dificuldade em se mover debaixo d’água do que em terra. Para começar, a água é 800 vezes mais denso do que o ar. Essa densidade amplifica forças como arrasto e massa adicional, tornando o movimento mais lento, mais intensivo em energia e mais difícil de controlar. Além disso, as massas de água raramente estão calmas, e a velocidade e a direção da água ao redor do veículo mudam frequentemente de forma muito rápida e imprevisível.
Para veículos operados remotamente (ROVs) e veículos subaquáticos autônomos (AUVs) que tentam seguir um caminho ou manter posição enquanto realizam inspeções ou reparos – por exemplo – esses distúrbios podem fazer com que percam repentinamente a estabilidade e saiam do curso. Os engenheiros tradicionalmente abordam esses desafios usando veículos rígidos e aerodinâmicos com sistemas de controle ativos. Sistemas de materiais macios também foram explorados para absorver passivamente as forças ambientais.
No entanto, estas soluções têm os seus próprios problemas. Quanto mais agressivamente um robô for contra os distúrbios, mais energia ele consumirá. Além disso, os sistemas mecânicos que movem repetidamente as asas ou articulações também podem sofrer desgaste e fadiga. Sem detecção ou suggestions integrados, os sistemas soft-only são limitados na sua capacidade de reagir a mudanças rápidas e manter uma manobrabilidade precisa. Em resumo, as soluções existentes reagem muito lentamente, requerem demasiada energia ou não conseguem adaptar-se de forma suficientemente suave às condições de fluxo em constante mudança encontradas debaixo de água.
Por outro lado, peixes e pássaros prosperam nas mesmas condições, brincando graciosamente em meio ao caos. Como? A equipe de pesquisadores encontrou a resposta em propriocepção – a capacidade dos animais de sentir e responder às forças fluidas. Peixes e pássaros podem sentir a posição e a deformação das suas próprias asas ou barbatanas e ajustá-las em tempo actual para manter a estabilidade.
Universidade de Southampton
Inspirando-se nesta habilidade, a equipe desenvolveu uma asa robótica macia que pode sentir sua própria forma à medida que se transfer na água. O sistema é construído em torno de uma asa flexível feita de materiais macios, permitindo que ela se dobre e se deforme sob forças fluidas. Ao contrário dos hidrofólios rígidos que lutam contra correntes repentinas, esta estrutura flexível simplesmente flexiona, absorvendo passivamente parte da perturbação e reduzindo as forças desestabilizadoras que atuam sobre o veículo.
“Em vez de construir robôs ‘mais resistentes’, concebidos para combater a energia do oceano, estamos a avançar para máquinas mais inteligentes e suaves que trabalham em sinergia com o ambiente”, afirma Leo Micklem, principal autor do artigo.
Para dar “autoconsciência” e controle ativo à asa, a equipe integrou uma “pele” eletrônica proprioceptiva diretamente na estrutura. Esta fina camada de silicone contém eletrodos de metallic líquido dispostos em padrões de linha que agem como nervos. Quando a asa se curva, o espaçamento entre esses eletrodos muda, alterando sua capacitância elétrica e permitindo que o sistema detecte a deformação da asa em tempo actual.
Dois tubos hidráulicos pressurizados dentro do corpo da asa respondem a esse suggestions sensorial, ajustando automaticamente a rigidez e a curvatura da asa sempre que sua forma se desvia do estado desejado. O resultado é um sistema híbrido passivo-ativo: a flexibilidade pure da asa absorve automaticamente parte da perturbação, enquanto a pele sensível e os atuadores corrigem o que resta, mantendo o movimento estável.
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Durante os testes, a equipe submeteu a asa a flutuações de fluxo de diversas formas e magnitudes, comparando os resultados com um projeto padrão de asa rígida e um projeto básico de asa macia sem capacidades proprioceptivas.
Os resultados, publicados na revista npj robóticaforam impressionantes. Além de manter consistentemente trajetórias mais suaves, a asa macia proprioceptiva reduziu o impulso de sustentação indesejado sobre a perturbação em 87% em comparação com suas contrapartes rígidas em AUVs convencionais. As asas rígidas sofreram desestabilização abrupta, enquanto as asas macias passivas, sem detecção e controle, lutaram para se recuperar de perturbações de fluxo maiores.
Então, por que a asa robótica proprioceptiva é motivo de entusiasmo? Com a estabilidade adicional que as asas proporcionam, os AUVs podem navegar e realizar múltiplas tarefas subaquáticas, desde reparos até vigilância e inspeção, com mais eficiência e precisão. Além disso, a asa reduz os requisitos de energia dos AUVs, permitindo aos engenheiros projetar AUVs mais compactos. Essencialmente, esta tecnologia aproxima os sistemas robóticos da adaptabilidade e robustez da natureza, abrindo a porta para robôs autónomos mais seguros, mais eficientes e mais capazes em condições do mundo actual.
Fonte: Universidade de Southampton