Transporte em larga escala de moscas volantes pelo tapete ondulado. O atuador, mostrado nos painéis a e b, é composto por uma hélice girando dentro de uma concha azul. A rotação da hélice causa um movimento oscilatório da casca formando uma onda progressiva na superfície. Está colocado a uma profundidade média Habaixo da superfície líquida. c Forma das ondulações durante um período de oscilação. Essas formas são capturadas por uma onda senoidal viajante de δsin[2π(x−Vwt)/λ]\delta \sin [2\pi(x-{V}_{w}t)/\lambda]. d Trajetórias que representam o movimento das partículas de isopor na interface devido a 30 min de oscilação contínua do ondulador em óleo de silicone (viscosidade 0,97 Pa ⋅ s) a uma temperatura constante Vc. Este painel é uma imagem de vista superior com a posição do atuador marcada na parte inferior da moldura. A codificação de cores do escuro para o claro indica a seta do tempo. e Trajetórias ampliadas de partículas localizadas diretamente à frente do atuador. Os círculos preenchidos representam as posições iniciais das partículas de isopor. f Velocidade das partículas em função da distância para aumentar a velocidade das ondas (Vc). Diferentes velocidades de onda são marcadas pelo código de cores. As distâncias são medidas a partir da borda do atuador, conforme mostrado no painel e. Cada uma das curvas é uma média de mais de 20 trajetórias. A velocidade das partículas exibe um comportamento não monotônico com Vc com velocidades máximas medidas em velocidades de onda intermediárias. A inserção confirma esse comportamento mostrando a velocidade das partículas em um local fixo, x = 50 mm para diferentes Vc. As barras de erro neste gráfico representam o desvio padrão na magnitude da velocidade. A linha cinza é a previsão da eq. (8). Crédito: Universidade Cornell
Inspirados por um caracol pequeno e lento, os cientistas desenvolveram um protótipo de robô que um dia poderá recolher microplásticos da superfície dos oceanos, mares e lagos.
O design do robô é baseado no caracol maçã havaiano (Pomacea canaliculate), um caracol de aquário comum que usa o movimento ondulante de seu pé para impulsionar o fluxo da superfície da água e sugar partículas flutuantes de comida.
Atualmente, os dispositivos de recolha de plástico dependem principalmente de redes de arrasto ou correias transportadoras para recolher e remover detritos plásticos maiores da água, mas falta-lhes a escala fina necessária para a recuperação de microplásticos. Estas minúsculas partículas de plástico podem ser ingeridas e acabar nos tecidos de animais marinhos, entrando assim na cadeia alimentar, onde se tornam um problema de saúde e potencialmente cancerígenas para os seres humanos. Os resíduos plásticos representam 80% de toda a poluição marinha, com 8 a 10 milhões de toneladas métricas de plástico acabando no oceano todos os anos, de acordo com o Conselho Económico e Social das Nações Unidas.
“Fomos inspirados pela forma como este caracol coleta partículas de comida no [water and air] interface para projetar um dispositivo que poderia coletar microplásticos no oceano ou na superfície de um corpo de água”, disse Sunghwan “Sunny” Jung, professor e diretor de estudos de pós-graduação no Departamento de Engenharia Biológica e Ambiental da Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida. (CALS). Jung é autor sênior de um estudo, “Bombeamento ideal de superfície livre por um tapete ondulado”, que foi publicado on-line em Comunicações da Natureza.
O protótipo, modificado a partir de um projeto existente, precisaria ser ampliado para ser prático em um ambiente real. Os pesquisadores usaram uma impressora 3D para fazer uma folha flexível semelhante a um tapete, capaz de ondular. Uma estrutura helicoidal na parte inferior da folha gira como um saca-rolhas para fazer o tapete ondular e criar uma onda viajante na água.
Analisar o movimento do fluido foi fundamental para esta pesquisa.
“Precisávamos entender o fluxo do fluido para caracterizar o comportamento do bombeamento”, disse Jung. O sistema de bombeamento de fluido baseado na técnica do caracol é aberto ao ar. Os pesquisadores calcularam que um sistema fechado semelhante, onde a bomba é fechada e usa um tubo para sugar água e partículas, exigiria altos consumos de energia para funcionar. Por outro lado, o sistema aberto em forma de caracol é muito mais eficiente. Por exemplo, o protótipo, embora pequeno, funciona com apenas 5 volts de eletricidade e ainda suga água de forma eficaz, disse Jung.
Devido ao peso da bateria e do motor, os pesquisadores podem precisar anexar um dispositivo de flutuação ao robô para evitar que ele afunde, disse Jung.
Anupam Pandey, ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Jung, atualmente professor assistente de engenharia mecânica na Universidade de Syracuse, é o primeiro autor do artigo.
Anupam Pandey et al, Bombeamento ideal de superfície livre por um tapete ondulado, Comunicações da Natureza(2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43059-8
Fornecido pela Universidade Cornell
Citação: Robô inspirado em caracol poderia colher microplásticos oceânicos (2023, 4 de dezembro) recuperado em 4 de dezembro de 2023 em https://techxplore.com/news/2023-12-snail-inspired-robot-scoop-ocean-microplastics.html
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