Bee +: o pequeno robô de quatro asas que voa como um inseto

Muitos insetos são fortes e ágeis. Uma das razões é que a maioria tem quatro asas, o que lhes dá um bom controle sobre sua direção e orientação de voo, já que permite ajustar a inclinação e o giro. Nos últimos anos, especialistas em aerodinâmica, engenheiros e especialistas em robótica tentaram replicar o voo de insetos em pequenos robôs voadores. Mas a melhor conclusão a que chegaram é que é extremamente difícil.

Uma das menores máquinas voadoras já construídas foi chamada RoboBee; impulsionado por duas asas oscilantes, cada uma ativada independentemente pelo seu próprio pequeno atuador. Na verdade, o nascimento do RoboBee só foi possível graças ao desenvolvimento desses pequenos atuadores, cada um com apenas 25 miligramas.

Mas houve um problema. Na teoria, as duas asas do RoboBee devem ser capazes de gerar todas as forças necessárias para executar um voo controlado. No entanto, na prática, a máquina não conseguia gerar forças suficientemente poderosas para controlar a inclinação, por isso costumava se mover incontrolavelmente.

Um projeto melhor seria um dispositivo de escala de insetos com quatro asas oscilantes, semelhantes a insetos reais. Mas isso só seria possível com atuadores significativamente mais leves.

E isso é exatamente o que o engenheiro da Universidade do Sul da Califórnia em Los Angeles (EUA) Xiufeng Yang criou com seus colegas. Seus novos atuadores pesam a metade das versões anteriores. Eles usaram quatro deles para construir um robô com quatro asas oscilantes, cada uma com um alcance de apenas 33 milímetros. O resultado é uma máquina voadora semelhante a um inseto chamado Bee +. É capaz de pousar, aterrissar, seguir um caminho e evitar obstáculos.

O avanço é baseado em uma engenhosa peça de engenharia. Os atuadores RoboBee de 2013 eram de um tipo chamado bimorph. Estes são suportes feitos com duas camadas de material piezelétrico separadas por uma camada passiva. Camadas piezoelétricas se contraem alternadamente, forçando o suporte a se inclinar para frente e para trás. Este movimento impulsiona a vibração das asas. Esses atuadores são simples, pequenos e leves, ideais para voos de insetos. Mas, embora os dois atuadores bimorfos da RoboBee pesem apenas 50 miligramas, é uma fração significativa da massa total do dispositivo, que é de 75 miligramas.

Yang e seus colegas descobriram uma maneira de torná-los ainda mais leves com um design de atuador chamado unimorph. Em vez de duas camadas de material piezelétrico, o unimorph usa uma única tira presa a uma camada passiva. A contração repetida da camada piezoelétrica faz com que o suporte se dobre. E o movimento da ponta do suporte impulsiona a vibração das asas.

Este design de camada única torna os atuadores significativamente mais leves. De fato, os quatro atuadores unimorfos pesam 56 miligramas, apenas alguns gramas a mais do que dois bimorfias. Além disso, os atuadores unimorfos simplificam o processo de montagem. “O design inovador reduz significativamente a complexidade do processo de fabricação e a frequência estatística de erros de montagem em comparação com os robôs de duas asas”, afirma Yang e a empresa.

E como o peso total do dispositivo de quatro asas é de 95 miligramas, sua carga é significativamente menor do que no caso do RoboBee. Isso reduz as forças que condicionam os atuadores e aumenta sua vida útil. “A abordagem proposta tem inúmeras vantagens em termos de peso, dimensões, aerodinâmica, controle e fabricação”, diz a equipe.

Uma limitação do Bee + (e outros dispositivos de voo semelhantes a insetos como o RoboBee) é que ele depende de um cabo para se recarregar. Isso permite que Yang e seus companheiros demonstrem sua capacidade de voo sem se preocupar com o desafio de ter que armazenar energia. Outros grupos mostraram insetos robóticos impulsionados por lasers. Mas a energia a bordo continua sendo um grande desafio.

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Fonte: Engenharia É