Os mosquitos são insetos incrivelmente acrobáticos e resistentes durante o voo, o que os ajuda a navegar entre rajadas de vento, obstáculos e incertezas. Agora, uma equipa de investigadores construiu um sistema que se aproxima da agilidade dos insetos.
Normalmente, os drones requerem grandes espaços abertos porque não são suficientemente ágeis para navegar em espaços confinados nem robustos para resistir a colisões numa multidão.
“Se olharmos para a maioria dos drones hoje, geralmente são muito grandes”, disse o professor Kevin Yufeng Chen, membro do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação e do Laboratório de Pesquisa de Eletrónica do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), em comunicado. “A maioria das suas aplicações envolve voos ao ar livre. A questão é: podemos criar robôs em escala de inseto que se consigam mover em espaços muito complexos e desordenados?.
Chen considera que sim, tendo desenvolvido drones do tamanho de insetos com destreza e resiliência sem precedentes.
Segundo Chen, “o desafio de construir pequenos robôs aéreos é enorme”. Os drones do tamanho de uma tonelada requerem uma construção fundamentalmente diferente dos maiores. Drones grandes geralmente são movidos por motores, mas os motores perdem eficiência à medida que encolhem. Portanto, para robôs semelhantes a insetos, “é preciso procurar alternativas”.
A principal alternativa tem sido o uso de um atuador pequeno e rígido construído com materiais cerâmicos piezoelétricos. Embora a cerâmica piezoelétrica tenha permitido que a primeira geração de pequenos robôs levantasse voo, são bastante frágeis.
Chen projetou um pequeno drone mais resistente com atuadores macios – em vez de rígidos e frágeis. Os atuadores macios são feitos de cilindros de borracha finos revestidos de nanotubos de carbono. Quando a voltagem é aplicada aos nanotubos de carbono, produzem uma força eletrostática que comprime e alonga o cilindro de borracha. O alongamento e a contração repetidos fazem com que as asas do drone batam rapidamente.
Os atuadores de Chen conseguem bater quase 500 vezes por segundo, dando ao drone uma resistência semelhante à de um inseto. “Podemos acertá-lo quando estiver voando e consegue recuperar”, explicou o investigador. “Também consegue fazer manobras agressivas, como cambalhotas no ar.”
O drone pesa apenas 0,6 gramas, aproximadamente a massa de uma grande abelha.
Para já, o robô assemelha-se a uma pequena cassete com asas, mas Chen está a trabalhar num novo protótipo em forma de libélula.
Construir robôs semelhantes a insetos pode fornecer uma janela para a biologia e a física do voo dos insetos, uma antiga via de investigação para os cientistas. O trabalho de Chen aborda essas questões através de uma espécie de engenharia reversa.
“Se se quer aprender como os insetos voam, é muito instrutivo construir um modelo de robô em escala”, disse. “Pode perturbar-se algumas coisas e ver como isso afeta a cinemática ou como as forças do fluido mudam. Isso ajudará a entender como voam”.
O objetivo de Chen é que os seus drones sejam úteis na indústria e na agricultura. Segundo o engenheiro, os robôs poderiam navegar por máquinas complexas para garantir a segurança e a funcionalidade. Outras aplicações incluem a polinização artificial de plantações ou a realização de missões de busca e resgate após um desastre.
Este estudo vai ser publicado este mês na revista científica IEEE Transactions on Robotics.
