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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 exclusivo 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 dominar o pouso de forma autônoma em um galho de árvore, ele tem o potencial de realizar tarefas específicas, como coletar discretamente amostras biológicas ou medições de uma árvore. Eventualmente, pode 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 – para 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 asas, 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 aproximar 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 aprimorado, 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.”
Referências
Zufferey, R., Tormo-Barbero, J., Feliu-Talegón, D. et al. Como os ornitópteros podem se empoleirar autonomamente em um galho. Nat Commun 13, 7713 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-35356-5
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