Universidade de Harvard e pesquisadores criaram micro robô que voa como os insetos

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O projeto, que exigiu o desenvolvimento de novas tecnologias, poderá, no futuro, ser usado na área de segurança e em missões de salvamento

Os pequenos robôs expostos ao lado de uma moeda de um centavo: as asas de 3cm batem a uma velocidade de 120 vezes por segundo

Os pássaros podem ficar com a fama, mas o prêmio de agilidade aérea no reino animal fica mesmo com as moscas. Suas minúsculas asas batem tão rápido e num movimento tão preciso, que esses insetos podem se manter parados em pleno ar ou realizar fugas ágeis que parecem desafiar as leis da física.

Até agora, essas proezas eram exclusividade do reino animal, mas a criação de um grupo de pesquisadores da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, levou essa perfeição aerodinâmica para a robótica.

Os cientistas da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (Seas) e do Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada da universidade conseguiram reproduzir o voo dos insetos em um pequeno robô de 80mg que poderia muito bem se fazer passar por um bicho de verdade. Equipada com asas transparentes de 3cm e um corpo menor que uma moeda, a máquina é capaz de planar no ar de acordo com os comandos de um computador. A criação é a primeira do tipo e, por isso, exigiu o uso de técnicas inovadoras, que foram descritas na revista Science.

Como o projeto era muito grande para sistemas mictoeletromecânicos de silício e, ainda assim, muito pequeno para um método de montagem tradicional, os engenheiros norte-americanos tiveram de criar um sistema próprio para a construção da mosca mecânica. Com o uso de microestruturas inteligentes, eles construíram um sistema piezoelétrico, isto é, que usa materiais de cerâmica especial para traduzir sinais elétricos em movimentos.

Os impulsos eletrônicos fazem com que as articulações se contraiam e relaxem como músculos. A voltagem precisa ser interrompida e retomada cada vez que o sistema se move — as asas batem 120 vezes por segundo, uma frequência similar à das moscas. A amplitude de abertura das peças mecânicas é também quase tão grande quanto a alcançada por esses insetos. Para torná-lo mais leve, o corpo do robô foi feito com fibra de carbono e juntas de plástico flexível.

Limitações O inseto robótico consome 19 milliwatts, num voo preciso, mas que ainda não dura mais do que 20 segundos. “O robô ainda é ligado a um fio de força. Ele só pode voar num pequeno espaço no laboratório. Ainda são necessárias mais pesquisas para fazer uma pequena bateria para o robô”, ressalta Kevin Ma, estudante de pós-graduação no Seas e um dos criadores do equipamento. O mesmo fio também transmite as coordenadas de voo de um computador para a máquina.

“São limitações atuais. Ainda não há tecnologia que permita colocar a percepção e o controle dentro de câmera, bateria ou parte computacional”, avalia Fernando Osório, professor do Laboratório de Robótica Móvel da Universidade de São Paulo (USP). Para o especialista brasileiro, a conquista da equipe norte-americana é notável, mas o projeto ainda está restrito à área da mecânica e carece de aperfeiçoamentos para ganhar autonomia. “Eles estão esperando avanços nas fontes de energia. Bateria hoje em dia é um grande problema.”

A equipe de Harvard trabalha no projeto há mais de 10 anos e deve continuar a miniaturizar outras tecnologias necessárias para que o robô voador funcione completamente sem fios. “Até então, esse projeto de pesquisa continua sendo um trabalho muito cativante, por causa de sua similaridade com insetos naturais”, avalia Ma. Quando estiver concluído, o robô voador pode ser aplicado em situações de busca e salvamento, monitoramento ambiental ou na área de segurança.

Câmera inspirada na natureza
Os olhos esbugalhados das moscas e outros insetos estão longe de ser os mais bonitos, mas eles são exemplo de eficiência no reino animal. A estanha visão dos bichos garante uma visão privilegiada do ambiente em volta, alertando sobre ameaças e frustrando pessoas que tentam, sem sucesso, surpreendê-los com um rolo de jornal. Interessados por essa capacidade extraordinária de enxergar, pesquisadores dos Estados Unidos, da China e da Coreia do Sul se uniram para criar uma lente flexível que imita os olhos dos artrópodes. O equipamento, que tem uma profundidade de campo quase infinita, produz imagens quase panorâmicas com iluminação uniforme. O aparelho foi descrito na revista Nature desta semana.

“Eu sempre fui fascinado por insetos, como espécimes de engenharia com sofisticação primorosa. Os olhos deles, em particular, são fascinantes”, admira-se John Rogers, do Departamento de Engenharia da Universidade de Illinois e um dos criadores da câmera insectoide. Para imitar o complexo design da mãe-natureza, o grupo de pesquisadores teve de criar materiais e técnicas de fabricação. “O design é muito, muito diferente do das câmeras digitais comerciais, e as características operacionais também são diferentes, com recursos que podem complementar as câmeras que existem hoje”, descreve Rogers.

A visão privilegiada dos bichinhos se baseia em uma estrutura hemisférica formada por centenas de omatídeos, como são chamados os fragmentos dos olhos que registram cada parte do ambiente de forma separada. Quando as imagens são processadas pelo animal, ele enxerga um cenário de 180 graus, com uma percepção periférica tão afiada quanto a visão do que está bem na frente.

Os pesquisadores montaram estruturas de 180 microlentes e fotossensores que trabalham em conjunto para captar imagens. Cada um dos omatídeos artificiais é montado sobre uma membrana elástica com microfios que, depois, é esticada como um balão para tomar a forma quase hemisférica. A câmera fragmentada consegue registrar 160 graus de uma paisagem sem distorção. Outra vantagem do dispositivo é que a curta distancia focal das microlentes coloca todos os elementos no foco da imagem, independente da distância.

Os criadores do dispositivo acreditam que ele possa ser aplicado em câmeras de vigilância ou mesmo em endoscópios. Mas a resolução do aparelho ainda depende da multiplicação das 180 microlentes do sistema, hoje similar aos olhos de uma formiga, que tem o mesmo número de omatídeos. Já uma libélula, apontam os pesquisadores, tem a visão fragmentada em mais de 28 mil partes. “Também estamos construindo sistemas que podem ajustar dinamicamente, ou sintonizar o raio da curvatura para controlar o ângulo de visão total”, adianta John Rogers. (RM)

Veiculação colaborativa por Agenciado OverBR – Robótica DLangue