Os robôs voadores, nadadores e escavadores de túneis inspirados na natureza

Inspirando-se em pássaros, peixes e até mesmo em minhocas, investigadores na Europa estão a desenvolver máquinas para explorar locais da Terra que são de difícil acesso para as pessoas.

O ornitóptero do filme de ficção científica Duna lembra um helicóptero cruzado com uma libélula. Não é de admirar por quê.

Desde que a humanidade imaginou o voo, os engenheiros pioneiros inspiraram-se na natureza. Hoje eles estão se esforçando para construir robôs voadores que possam chegar a locais remotos para monitorar o meio ambiente e coletar amostras.

Batendo asas

Os pássaros, por exemplo, são um excelente modelo para investigar projetos, segundo o Dr. Raphael Zufferey, roboticista do Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Lausanne.

“Eles se beneficiam de milhões de anos de evolução”, disse ele. “Portanto, temos algo que vem sendo otimizado ao longo da história.”

Zufferey lidera um projeto de pesquisa para desenvolver robôs com asas batendo.

Chamado FAAV, o projeto começou há dois anos e tem como foco máquinas voadoras leves e acessíveis que poderiam ser enviadas para explorar rios, lagos e mares para monitorar sua saúde e coletar dados.

Robôs voadores aéreo-aquáticos podem voar para alcançar locais isolados e mergulhar para explorar, por exemplo, o reino subaquático dos lagos vulcânicos.

“Com um robô que pesa 200 gramas, você poderia amarrá-lo na mochila, caminhar até a beira de um vulcão e lançá-lo em um lago”, disse Zufferey.

Ele citou exemplos de outros usos potenciais para esses robôs ajudantes, como o estudo da saúde dos recifes de coral, a coleta de espécimes de organismos marinhos para testes de DNA ou a análise de sedimentos subaquáticos.

Teste de decolagem, sucesso na natação

Zufferey disse que o principal desafio técnico é fazer o robô sair da água no ar. Até agora, sua equipe teve algum sucesso no laboratório.

“Ainda é um trabalho em andamento”, disse ele. “Mas houve primeiros resultados muito bons.”

Os pesquisadores estão investigando asas dobráveis ​​e não dobráveis ​​para ver o que funciona melhor. A equipe também conseguiu fazer com que seu robô nadasse a uma velocidade de um metro por segundo depois de entrar na água vindo do ar – mais rápido do que a maioria dos outros robôs nadadores.

“Este também foi um primeiro resultado muito bom”, disse Zufferey. “Conseguimos fazer um robô nadar bem, embora tenha sido originalmente feito para voar.”

Imitar a natureza desta forma é menos simples do que pode parecer e envolve muitas compensações. Por exemplo, o robô precisa ser leve o suficiente para voar e denso o suficiente para mergulhar com sensores para amostragem.

Na busca pela melhor combinação de materiais, os pesquisadores recorreram a polímeros avançados e fibra de carbono – conhecidos por sua boa relação resistência/peso.

Zufferey disse que pode ser possível ter um robô capaz de voar e nadar dentro de cerca de seis meses. Ele estimou o custo em cerca de 350 euros por peça, dizendo que é um bom valor para atividades como monitoramento ambiental.

Reino subterrâneo

Indo ainda mais fundo, outros investigadores estão a conceber um robô capaz de se aventurar em locais subterrâneos desafiantes, incluindo aqueles com água, para extrair minerais.

A Europa tem cerca de 30 000 minas fechadas que ainda contêm matérias-primas, incluindo crómio, cobre, ouro, ferro e zinco, cruciais para indústrias como a energia e a electrónica. A recuperação destes materiais com robôs de uma forma ambientalmente correta evitaria que os seres humanos tivessem que ir a locais perigosos e reduziria a necessidade de importações.

“A escolha lógica é enviar robôs”, disse o Dr. Claudio Rossi, roboticista da Universidade Técnica de Madrid, na Espanha. “A ideia final é fornecer à Europa fontes internas sustentáveis ​​de matérias-primas. Elas são utilizadas em todo o lado, incluindo em telemóveis, computadores e automóveis.”

O projeto ROBOMINERS que lidera tem desenvolvido um protótipo inspirado nos movimentos de peixes, insetos e minhocas.

Capaz de abrir túneis através de minas inundadas, este tipo de explorador intrépido permitiria a mineração ultra-profunda e a extracção de depósitos que de outra forma seriam antieconómicos para as empresas, bem como perigosos para as pessoas.

Com cerca de um metro de largura e três metros de comprimento, o tamanho relativamente pequeno do robô e a escavação precisa reduziriam o desperdício e seriam mais ecológicos do que as máquinas convencionais, de acordo com Rossi. A ideia é utilizar esse tipo de robô em frotas.

Bigodes parecidos com toupeiras

O robô seria capaz de se reparar e funcionaria com sensores e inteligência artificial.

“O robô tem bigodes de toupeira”, disse Rossi. “Com estes, pode tocar paredes ou obstáculos e podemos construir um modelo 3D da mina. Pode dizer-nos que há uma parede aqui, há uma pedra aqui, há um túnel à esquerda.”

Os testes de perfuração subaquática foram realizados na Estónia e na Eslovénia, tendo a maioria dos principais componentes do robô sido testados a uma pressão de água de cerca de 100 bar.

“Isso significa que a máquina seria capaz de trabalhar até mil metros de profundidade, o que é mais que suficiente”, disse Rossi.

Embora o projeto deva terminar em 30 de novembro de 2023, após quatro anos e meio, Rossi disse que será necessário trabalho de acompanhamento para aperfeiçoar o protótipo.

Ele projetou que poderia levar mais três a quatro anos para integrar a IA no robô, uma década para ter um modelo totalmente funcional e 20 anos para iniciar a produção.

“Estamos apenas começando, mas aprendemos muito”, disse Rossi.

Olhando as coisas ao contrário, Zufferey, da FAAV, acredita que seu trabalho com robôs agitados pode ser útil para pesquisadores de aves.

“Por que os pássaros mergulhadores têm o tamanho das asas que possuem e por que têm o tipo de rigidez que possuem?” ele disse. “Poderíamos potencialmente procurar um biólogo e dizer: ‘isso responde à sua pergunta’”.

Este artigo foi publicado originalmente em Horizontea Revista de Investigação e Inovação da UE.