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Pesquisadores da Universidade de Washington desenvolveram pequenos dispositivos robóticos que podem mudar a forma como eles se movem no ar, “encaixando-se” em uma posição dobrada durante a descida.
Quando esses “microfliers” são lançados de um drone, eles usam uma dobra de origami Miura-ori para passar de cair e se dispersar pelo ar para cair direto no chão. Para distribuir os folhetos, os pesquisadores controlam o tempo de transição de cada dispositivo usando alguns métodos: um sensor de pressão integrado (estimativa de altitude), um temporizador integrado ou um sinal Bluetooth.
Os microfliers pesam cerca de 400 miligramas – cerca de metade do peso de um prego – e podem percorrer a distância de um campo de futebol quando caem de uma altura de 40 metros (cerca de 131 pés) sob uma leve brisa. Cada dispositivo possui um atuador sem bateria integrado, um circuito de coleta de energia solar e um controlador para acionar essas mudanças de forma no ar. Os microfliers também têm a capacidade de transportar sensores a bordo para monitorar temperatura, umidade e outras condições durante o vôo.
A equipe publicou esses resultados em 13 de setembro em Robótica Científica.
“O uso do origami abre um novo espaço de design para microfliers”, disse o co-autor sênior Vikram Iyer, professor assistente da UW na Escola Paul G. Allen de Ciência da Computação e Engenharia. “Combinamos a dobra Miura-ori, inspirada em padrões geométricos encontrados nas folhas, com coleta de energia e pequenos atuadores para permitir que nossos panfletos imitem o voo de diferentes tipos de folhas no ar. Em seu estado plano desdobrado, nosso origami A estrutura cai caoticamente ao vento, semelhante a uma folha de olmo. Mas mudar para o estado dobrado altera o fluxo de ar ao seu redor e permite uma descida estável, semelhante à queda de uma folha de bordo. Este método altamente eficiente em termos energéticos nos permite ter energia sem bateria controle sobre a descida do microflier, o que não era possível antes.”
Esses sistemas robóticos superam vários desafios de projeto. Os dispositivos:
- são rígidos o suficiente para evitar a transição acidental para o estado dobrado antes do sinal.
- transição entre estados rapidamente. Os atuadores integrados dos dispositivos precisam de apenas cerca de 25 milissegundos para iniciar a dobragem.
- mudar de forma enquanto não estiver conectado a uma fonte de energia. O circuito de coleta de energia dos microfliers usa a luz solar para fornecer energia ao atuador.
Os atuais microfliers só podem fazer a transição em uma direção – do estado de queda para o estado de queda. Essa opção permite que os pesquisadores controlem a descida de vários microfliers ao mesmo tempo, para que eles se dispersem em direções diferentes durante a descida.
Os dispositivos futuros serão capazes de fazer a transição em ambas as direções, disseram os pesquisadores. Esta funcionalidade adicional permitirá pousos mais precisos em condições de vento turbulento.
Co-autores adicionais neste artigo são Kyle Johnson e Vicente Arroyos, ambos estudantes de doutorado da UW na Allen School; Amélie Ferran, estudante de doutorado da UW no departamento de engenharia mecânica; Raul Villanueva, Dennis Yin e Tilboon Elberier, que concluíram este trabalho como estudantes de graduação da UW estudando engenharia elétrica e de computação; Alberto Aliseda, professor de engenharia mecânica da UW; Sawyer Fuller, professor assistente de engenharia mecânica da UW; e Shyam Gollakota, professor UW na Allen School.
Esta pesquisa foi financiada por uma bolsa da Moore Foundation, pela National Science Foundation, pelo National GEM Consortium, pelo programa de bolsas do Google, pelo programa de bolsas Cadence, pelo programa de bolsas Washington NASA Space Grant e pelo programa de bolsas SPEA ACE.
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