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À medida que a Internet se enche rapidamente de vídeos virais de robôs futuristas correndo e correndo como os animais que foram construídos para imitar, os pesquisadores da Duke dizem que há um elemento na programação de seus movimentos que não deve ser esquecido: o ritmo.
Ao analisar pernas, asas e nadadeiras para robôs ou animais em movimento no mundo real, a matemática parece bastante simples. Membros com múltiplas seções de vários comprimentos criam diferentes proporções de alavancagem, corpos com formas e tamanhos alternativos criam coeficientes de arrasto e centros de massa, e pés, asas ou nadadeiras de vários formatos e tamanhos empurram o mundo ao seu redor.
Todas essas opções criam mais graus de liberdade no design final. Mas até agora, dizem os investigadores, ninguém prestou muita atenção ao momento em que todos trabalham juntos.
“Minimizar a quantidade de trabalho realizado variando a velocidade do motor é uma ideia que já existe há muito tempo”, disse Adrian Bejan, JA Jones Distinguished Professor de Engenharia Mecânica na Duke. “Mas variar o ritmo desse movimento – a música de como as peças se movem juntas ao longo do tempo – é um aspecto do design que tem sido negligenciado, embora possa melhorar o desempenho.”
O raciocínio e a matemática que exploram esta tese foram publicados em um artigo online em 28 de agosto na revista Relatórios Científicos.
Para ilustrar seu ponto de vista no artigo, Bejan aponta nadadores naturais, como sapos ou humanos, praticando o nado peito. Seu portão de natação é caracterizado por três intervalos de tempo: um período lento de avanço, um período rápido de empurrar para trás e um período estático de desaceleração. Para um desempenho ideal, os períodos de tempo para esses intervalos normalmente são longos, rápidos, longos. Mas em certas situações – ultrapassar ou manobrar um predador, por exemplo – as proporções desses períodos mudam drasticamente.
No projeto de robôs construídos para emular cães, peixes ou pássaros, a incorporação de diferentes ritmos em seus movimentos de cruzeiro padrão pode tornar suas operações normais mais eficientes. E esses ritmos ideais irão, por sua vez, afetar as escolhas feitas para todas as outras peças do design geral.
O trabalho baseia-se na investigação publicada por Bejan há quase 20 anos, onde demonstrou que o tamanho e a velocidade andam de mãos dadas em todo o reino animal, seja em terra, no ar ou debaixo de água. A física subjacente a esse trabalho tratava da queda do peso da altura de um determinado animal repetidas vezes. Neste artigo, Bejan mostra que o seu trabalho anterior estava incompleto e que todos os animais, robôs e outras coisas em movimento podem otimizar ainda mais a sua mecânica adicionando um elemento de ritmo.
“Você pode – e na verdade deve – ensinar ritmos de movimentos para nadadores e corredores competitivos que buscam vantagem”, disse Bejan. “O ritmo aumenta o número de botões que você pode girar ao tentar se mover pelo mundo. É mais um exemplo de como um bom design – seja feito por humanos ou através da evolução natural – é verdadeiramente uma forma de arte.”
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