MIT e EPFL estão construindo um pássaro robótico que voa, mergulha e nada debaixo d’água

Observar um pássaro mergulhador desaparecer debaixo d’água pode parecer quase irreal. Ao mesmo tempo, está voando no céu. Um segundo depois, ele nada atrás da presa antes de retornar ao ar. Cerca de 100 espécies de aves podem circular entre estes dois habitats. Os engenheiros descobriram que a energia natural é muito difícil de recriar em pequena escala.

Agora, pesquisadores do MIT e o Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Lausanne, conhecido como EPFL, construíram um pássaro robô que pode completar toda a viagem. O robô de 8,8 onças voa, mergulha na água e nada no chão. Ela então se lançou no ar novamente usando o mesmo par de asas.

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Segundo a equipe de pesquisa, é o primeiro sintoma estátuas de pássaros para completar este ciclo completo apenas através do movimento. A pesquisa aparece na revista Science.

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Como este pássaro robô nada debaixo d’água e voa

A maioria dos geradores utiliza sistemas separados para ar e água. Este pássaro mecânico adota uma abordagem mais simples. O robô depende de abas de asas em vez de asas. Também completa o lançamento na água sem pernas ou sistema de dobramento complicado.

Este projeto apresenta um grande problema de engenharia. A água é cerca de 800 vezes mais densa que o ar, por isso as asas experimentam muita resistência quando entram na água. Para realizar esta mudança dramática, o robô ajusta a velocidade do seu curso. Isso é asas flexíveis e mudam de forma à medida que a pressão ambiente aumenta.

Asas flexíveis ajudam o robô a se mover na água

No ar, o robô pode bater as asas até 11 vezes por segundo. Sob a água, sua pulsação varia de 0,1 a 6 vezes por segundo. Atualmente, a pressão da água pode dobrar as asas em cerca de 90%. Esta flexibilidade reduz o impacto de cada curso e reduz o peso do motor.

As mesmas asas tornam-se mais eficazes para voar quando o robô atinge o ar. Os pesquisadores também fizeram o aparelho voar sem interferências. Como resultado, ele não sobe nem afunda sozinho enquanto está debaixo d’água. Essa medida ajuda a economizar bateria porque o robô consome menos energia lutar contra a flutuabilidade.

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A parte mais difícil começa quando o robô tenta sair da água. Ele completa a transição em menos de um segundo, usando cerca de oito a 10 batidas de asas. No entanto, a manobra requer uma combinação cuidadosa de flexibilidade da asa, alinhamento da cauda e ângulo de lançamento.

Os pesquisadores descobriram que as alas liberais funcionavam melhor. Uma asa rígida luta para se equilibrar debaixo d’água, enquanto uma maior flexibilidade reduz a força necessária para voar. A cauda também precisa ser curta e próxima ao corpo. Caso contrário, ele pode arrastá-la pela água e puxar o robô de volta. Uma saída próxima a 70 graus produziu os resultados mais fortes. O caminho certo leva a muita cauda vermelha. Um movimento quase vertical pode fazer com que o robô deslize para trás na água.

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O que um pássaro robô pode ensinar aos cientistas

O dispositivo também deu aos cientistas uma nova maneira de estudar aves mergulhadoras. Rastrear os movimentos de uma ave viva no subsolo pode ser difícil. Com os robôs, os pesquisadores podem ajustar um recurso e medir como essa mudança afeta o desempenho.

Por exemplo, muitas aves mergulhadoras reduzem as penas enquanto nadam. Os pesquisadores costumam associar esse comportamento ao baixo consumo de energia. Os resultados do robô mostram que movimentos curtos debaixo d’água podem ajudar os pássaros a aumentar sua velocidade.

A equipe também comparou a qualidade do aparelho com a de pássaros reais. Ambos se enquadram na faixa de números Strouhal de 0,2 a 0,4, que os pesquisadores associam à mobilidade eficiente. No entanto, o tamanho do corpo pode alterar a estratégia de lançamento. Pássaros pesados ​​podem usar os pés para ajudar a se livrar da água, enquanto este robô pesado depende de suas asas.

Por que um robô escolheria voar e nadar?

O modo de deslocamento ideal para um robô depende da distância à frente. De acordo com os dados da equipe, voar consome menos energia quando a viagem ultrapassa cerca de 15 metros. Para viagens mais curtas, ficar debaixo d’água pode fazer sentido.

A água cria grande resistência, então nadar fica mais caro em distâncias maiores. Um futuro robô pode usar essa diferença para planejar seu caminho. Ele pode nadar até um lugar próximo, subir e depois voar para um lugar distante.

Como um pássaro-robô de US$ 300 pode monitorar cursos de água

O produto custa cerca de US$ 300 em materiais e usa peças que os pesquisadores podem adquirir comercialmente. A equipe também lançou arquivos CAD de código aberto para o projeto. Isso poderia permitir que universidades e outros desenvolvedores tivessem acesso Impressora 3D para reproduzir o desenho.

Finalmente, o pássaro robótico poderia ajudar os cientistas a monitorar os cursos de água e as condições costeiras. Os pesquisadores estão pensando em lançá-lo da praia ou de um navio. Ele pode voar até uma área de interesse, mergulhar para coletar a amostra e retornar com os dados.

Os objetivos da missão podem incluir a realização de medições perto de icebergs ou observar a vida selvagem de uma distância segura. As asas também podem fornecer benefícios úteis nessas áreas. Eles evitam a exposição de ladrilhos grandes e podem criar menos ruído perto dos animais. Debaixo d’água, asas flexíveis podem suportar melhor o contato com detritos do que hélices rígidas.

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O que o robô precisa antes das tarefas do mundo real

O modelo atual ainda depende da força humana durante partes importantes da sua jornada. Os pesquisadores lançaram manualmente o robô durante vários testes. Os temporizadores ou gatilhos também ativam partes do modo de mergulho e do modo de natação.

A navegação automatizada representa o próximo grande passo. O robô precisará reconhecer o ambiente ao seu redor e controlar cada mudança sem assistência humana. A água salgada causa outro problema. Os testes concentraram-se em água doce, pelo que as versões futuras exigirão uma forte protecção contra a corrosão. Maior alcance e melhor resistência também tornarão o robô útil em experimentos de controle.

O que isso significa para você?

Você provavelmente não verá pássaros robóticos patrulhando a praia local tão cedo. Novamente, este projeto mostra como drones no futuro pode chegar a lugares que as máquinas voadoras tradicionais lutam para encontrar. Um único robô pode coletar dados acima da água antes de medir as medições abaixo. Esta flexibilidade poderia reduzir a necessidade de aeronaves e submarinos separados.

O baixo custo dos produtos também é importante. Pequenos grupos de pesquisa podem experimentar designs sem investir em plataformas personalizadas caras. À medida que a navegação e o desempenho da bateria melhoram, uma máquina como esta pode monitorar o ambiente de forma mais eficaz.

Principais conclusões de Kurt

O que é diferente aqui é quanto trabalho os pesquisadores estão obtendo com a flexibilidade de uma ala. O robô muda a velocidade do movimento, à medida que as asas se dobram naturalmente para controlar a resistência subaquática. O empurrão de volta para o ar torna isso mais do que apenas um peso leve. Conseguir essa mudança requer rigidez da asa direita e um ângulo de saída cuidadosamente controlado. O produto também requer controle automático e proteção adequada contra água salgada. No entanto, seu preço de US$ 300 e seu design aberto podem fornecer a outros pesquisadores uma base acessível para construir.

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Será que os pássaros robóticos que coletam dados ambientais deixarão você otimista em relação à conservação ou pessimista em relação às máquinas conectadas aos habitats? Deixe-nos saber escrevendo para nós Cyberguy. com.

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