Como implantar um sensor ambiental para coletar leituras de mudanças climáticas durante um período prolongado em uma ilha desabitada sem falhar? Como você alimenta um detector sísmico para operar durante meses em uma caverna subaquática?
Em ambientes de difícil acesso devido aos perigos ou dificuldades para os seres humanos, um dispositivo que se comporte como uma planta nativa pode ser a resposta.
Esta é a abordagem adotada por Suyi Li, professor associado de engenharia mecânica na Virginia Tech, e pelo professor e colaborador de Clemson, Ian Walker. Seu trabalho está avançando graças a uma doação de quatro anos no valor de US$ 840 mil da National Science Foundation.
Li diz: “Quando comecei a me aventurar na robótica, há alguns anos, fiquei surpreso ao ver que quase todos os robôs são, até certo ponto, inspirados em humanos e animais.
“No entanto, acredito que o vasto reino vegetal pode nos oferecer muitas lições únicas sobre como abordar o projeto, a atuação e a operação de robôs. Foi assim que Ian e eu começamos a trabalhar juntos neste tópico. “
Li estabeleceu um grupo de pesquisa que utiliza os princípios do origami para criar novas formas de robótica suave com estruturas únicas. Walker, professor de engenharia elétrica e de computação em Clemson, traz uma rica experiência em robótica de inspiração biológica que abrange duas décadas.
A sua proposta visa criar uma base ampla para novos designs, criando robótica com tecnologia capaz de sobreviver em condições selvagens a longo prazo.
Robôs em estado selvagem
Reunir a eletrônica de ponta com a imprevisibilidade da natureza é tipicamente um choque de mundos. A tecnologia pode ser um ponto forte quando a eletricidade está disponível e o ambiente é previsível ou controlado. Essas medidas falham quando as baterias morrem e as peças quebram.
Isto não impediu que a tecnologia chegasse ao exterior, mas surgiram desafios. Outros pesquisadores implantaram recentemente sensores para detecção de incêndios florestais em locais remotos da Califórnia e Oregon, mas enfrentaram problemas como a navegação em áreas rochosas em grandes altitudes e as particularidades de terras protegidas.
Dispositivos que precisam estar sempre ligados e programados para detectar coisas como partículas transportadas pelo ar ou raças raras de pássaros geralmente enfrentam dois grandes obstáculos: tempo e ambiente.
Estes são os principais desafios que a equipa de Li está a enfrentar. O objetivo não é lutar contra o fluxo da natureza, mas canalizar a própria abordagem utilizada pela natureza para produzir uma robótica mais adaptativa.
Walker diz: “Como humanos, tendemos naturalmente a pensar nas mudanças na escala de tempo da nossa capacidade de atenção, como segundos e minutos.
“No entanto, implantações externas contínuas e de longo prazo apresentam desafios alternativos e únicos. Ao longo de semanas e meses, os ambientes naturais ao ar livre são locais altamente dinâmicos.
“A vegetação cresce e os detritos caem nas tempestades. A operação robótica nestas condições precisa de se tornar mais parecida com o ambiente em novas formas de manter a monitorização.”
Robôs que crescem e se adaptam
Li e Walker não criarão plantas robóticas nem fabricarão sensores que cresçam a partir de sementes. Em vez disso, o seu trabalho aproveitará os conhecimentos fornecidos pela natureza que provaram ser duráveis a longo prazo. Esses mecanismos naturais serão convertidos em mecânicas que se adaptam e respondem aos seus ambientes.
Quais características das plantas estão no seu radar? Eles têm como alvo a capacidade de acompanhar o sol, demonstrada no comportamento dos girassóis. Também são interessantes os órgãos florais que abrem e fecham, como uma dioneia.
Eles também tomaram notas de plantas que se fixam a um objeto de forma adaptativa, como o enrolamento de vinhas em torno de uma árvore. Todas essas ações são resultado da adaptação de uma planta ao seu entorno, e cada uma possui um conjunto de mecanismos que tornam a ação possível. Algumas das ações são mais rápidas, como a armadilha para moscas. Alguns são mais lentos, como o enrolamento constante das vinhas.
Para reunir essas características na robótica, Li e Walker combinaram seus esforços para imitar esses comportamentos das plantas e empacotá-los como um conjunto de robótica inovadora.
Imagem principal: (da esquerda) O pesquisador graduado Vishrut Deshpande e a professora associada Suyi Li inspecionam um protótipo de robô inspirado em uma planta. Foto de Alex Parrish para Virginia Tech.
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