Pesquisadores desenvolvem robô alado que pode pousar como um pássaro

Pesquisadores da EPFL desenvolveram um método que permite que um robô de asa batendo aterrisse autonomamente em um poleiro horizontal usando um mecanismo semelhante a uma garra. A inovação pode expandir significativamente o escopo das tarefas assistidas por robôs.

Um pássaro pousando em um galho faz a manobra parecer a coisa mais fácil do mundo, mas, na verdade, o ato de pousar envolve um equilíbrio extremamente delicado de tempo, forças de alto impacto, velocidade e precisão. É um movimento tão complexo que nenhum robô de asas (ornitóptero) foi capaz de dominá-lo, até agora.

Raphael Zufferey, pós-doutorando no Laboratório de Sistemas Inteligentes (LIS) e Biorobotics ab (BioRob) na Escola de Engenharia, é o primeiro autor de um recente Natureza Comunicações papel descrevendo o trem de pouso único que torna possível tal pouso. Ele o construiu e testou em colaboração com colegas da Universidade de Sevilha, na Espanha, onde o próprio ornitóptero de 700 gramas foi desenvolvido como parte do projeto europeu GRIFFIN.

“Esta é a primeira fase de um projeto maior. Uma vez que um ornitóptero consegue pousar autonomamente em um galho de árvore, ele tem o potencial de realizar tarefas específicas, como coletar discretamente amostras biológicas ou medições de uma árvore. Eventualmente, ele poderia até pousar em estruturas artificiais, o que pode abrir novas áreas de aplicação”, diz Zufferey.

Ele acrescenta que a capacidade de pousar em um poleiro pode fornecer uma maneira mais eficiente para os ornitópteros – que, como muitos veículos aéreos não tripulados (UAVs) têm vida útil limitada da bateria – recarregar usando energia solar, potencialmente tornando-os ideais para missões de longo alcance.

“Este é um grande passo para o uso de robôs de asas que batem, que a partir de agora só podem realmente fazer voos livres, para tarefas de manipulação e outras aplicações do mundo real”, diz ele.

Maximizando força e precisão; minimizando peso e velocidade

Os problemas de engenharia envolvidos em pousar um ornitóptero em um poleiro sem nenhum comando externo exigiam o gerenciamento de muitos fatores que a natureza já equilibrou de forma tão perfeita. O ornitóptero tinha que ser capaz de desacelerar significativamente enquanto se empoleirava, enquanto ainda mantinha o vôo. A garra precisava ser forte o suficiente para agarrar o poleiro e suportar o peso do robô, sem ser tão pesada que não pudesse ser mantida no alto. “Essa é uma das razões pelas quais optamos por uma única garra em vez de duas”, observa Zufferey. Por fim, o robô precisava ser capaz de perceber seu ambiente e o poleiro à sua frente em relação à sua própria posição, velocidade e trajetória.

Os pesquisadores conseguiram tudo isso equipando o ornitóptero com um computador totalmente integrado e um sistema de navegação, que foi complementado por um sistema externo de captura de movimento para ajudá-lo a determinar sua posição. O apêndice de garra do ornitóptero foi calibrado com precisão para compensar as oscilações de vôo para cima e para baixo enquanto tentava se afiar e agarrar o poleiro. A própria garra foi projetada para absorver o impulso de avanço do robô no momento do impacto e para fechar com rapidez e firmeza para suportar seu peso. Uma vez empoleirado, o robô permanece no poleiro sem gasto de energia.

Mesmo com todos esses fatores a serem considerados, Zufferey e seus colegas tiveram sucesso, construindo não apenas um, mas dois ornitópteros com pés de garra para replicar seus resultados de empoleiramento.

Olhando para o futuro, Zufferey já está pensando em como seu dispositivo pode ser expandido e melhorado, especialmente em ambientes externos.

“No momento, os experimentos de voo são realizados em ambientes fechados, pois precisamos ter uma zona de voo controlada e com localização precisa do sistema de captura de movimento. No futuro, gostaríamos de aumentar a autonomia do robô para realizar tarefas de empoleiramento e manipulação ao ar livre em um ambiente mais imprevisível.”