Um laboratório do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts, em português) desenvolveu um robô de US$ 300 capaz de voar e nadar debaixo d’água. Seu criador acredita que o robô poderá um dia ser usado para monitorar e, em última instância, ajudar a proteger o oceano.

A equipe de especialistas em robótica aeroaquática estudou petréis, papagaios-do-mar e outras aves mergulhadoras que usam suas asas para se impulsionar no ar e na água. Também examinou a dinâmica complexa que lhes permite fazer a transição entre os dois ambientes.

O robô foi nomeado de FAAV, sigla em inglês pra “veículo aéreo-aquático de asas batentes”.

Raphael Zufferey, autor principal do estudo e professor assistente de engenharia mecânica no MIT, afirmou que, embora já existissem pesquisas sobre as asas de aves mergulhadoras e como elas nadam e voam, “ninguém jamais havia descoberto como transformar isso em um robô totalmente móvel”.

A equipe estudou “toda a literatura sobre aves (mergulhadoras)”, disse ele, mapeando a frequência de batimento das asas de diferentes aves no ar e na água, e como essa frequência variava de acordo com a envergadura (quanto maior a ave, menor a frequência de batimento).

O projeto consistia em um veículo aéreo-aquático de 250 gramas com asas batentes, movido por um motor a bateria, com asas de náilon e uma cauda revestida com nanopartículas repelentes à água.

Veja vídeo do robô:

Apesar das aparências iniciais, o FAAV não é um caso puro de biomimética, enfatizou Zufferey.

A água é centenas de vezes mais densa que o ar (as variáveis ​​incluem temperatura, pressão e umidade do ar). As aves mergulhadoras têm asas que se dobram parcialmente debaixo d’água, minimizando a amplitude — o quanto as asas se movem para cima e para baixo durante uma única batida — e minimizando o arrasto, gerando a força necessária para se impulsionarem para a frente. Fazer o mesmo com um robô exigiria quatro articulações a mais, engenharia mais complexa e mais massa. Em vez disso, a equipe criou uma asa que não se dobra, mas é mais flexível do que a de uma ave mergulhadora, para minimizar a amplitude.

Zufferey afirmou que o FAAV não sabe se está na água ou no ar, apenas que está programado para tentar atingir uma determinada frequência de batimentos de asa por segundo, independentemente do meio pelo qual esteja se movendo.

O robô consegue voar a pouco mais de 6 metros por segundo (13,4 mph) e nadar a quase 1 metro por segundo (2,2 mph). Em teoria, ele pode voar 6 quilômetros (3,7 milhas) ou nadar 2 quilômetros (1,2 milhas) com uma única carga de bateria, embora isso ainda não tenha sido testado.

O laboratório testou o FAAV durante um ano em um tanque de água em Massachusetts e, posteriormente, no Lago de Genebra, na Suíça. Grande parte do ajuste fino envolveu determinar o melhor ângulo para o robô mergulhar na água (70 graus) e emergir dela. O robô pode operar em condições de ondas e vento moderados, disse Zufferey, mas não em condições adversas em sua versão atual.

“Do ponto de vista da engenharia, este é realmente um projeto impressionante”, disse Maaten Furlong, diretor de ciência da engenharia do Centro Nacional de Oceanografia, que não esteve envolvido no projeto.

“Desenvolver um veículo capaz de operar eficazmente tanto no ar quanto na água é um desafio técnico significativo, e integrar com sucesso esses dois modos de operação é uma conquista notável da engenharia”, disse ele.

Alçando voo

Após o avanço inicial, o laboratório está agora buscando financiamento e outros meios para desenvolver ainda mais o robô.

“Neste artigo, mostramos que individualmente tudo isso é possível: podemos voar, podemos nadar, podemos fazer transições, podemos mergulhar. Mas não conseguimos juntar tudo isso em uma única missão autônoma”, disse Zufferey.

“Estamos realmente tentando entender melhor como os pássaros fazem isso”, acrescentou. “Outro motivo pelo qual estamos fazendo isso é a esperança de que isso se torne uma ferramenta futura para a oceanografia.”

A coleta de amostras científicas no mar é cara, argumenta ele, e existem casos de uso para um veículo aéreo-aquático relativamente barato e leve.

Zufferey estimou que o FAAV poderia ser lançado do mar ou da terra e programado para voar autonomamente em rotas predefinidas e mergulhar para coletar amostras . “Gosto da ideia de levar esses robôs para cenários mais perigosos”, acrescentou — coletando amostras de florações de algas tóxicas, lagos vulcânicos ou perto de icebergs, por exemplo.

O veículo também poderia ser equipado com câmeras para monitoramento da vida selvagem, disse Zufferey.

Furlong tinha dúvidas sobre a capacidade de carga do veículo, sua robustez, aprovação regulatória e como ele operaria em ambientes de mar aberto.

“Essa classe de veículos combinados aéreos e subaquáticos permanece relativamente inexplorada, principalmente porque é tecnicamente difícil de desenvolver e as vantagens operacionais ainda não foram claramente demonstradas”, disse ele.

“Veículos bioinspirados” não são exatamente uma novidade, acrescentou ele, e relativamente poucos progrediram do laboratório para o uso operacional: “Na prática, os motores e hélices elétricos convencionais são altamente eficientes, confiáveis ​​e baratos, o que torna difícil superá-los em custo, desempenho e praticidade.”

Dito isso, ele não descartou completamente o uso de robôs que batem asas em pesquisas oceânicas. “Os oceanógrafos geralmente são agnósticos em relação à tecnologia”, disse Furlong.

“Eles estão menos interessados ​​em como as medições são feitas do que em obter dados de alta qualidade usando o método mais confiável, econômico e operacionalmente viável. Se esta plataforma puder demonstrar esses atributos, é provável que seja adotada.”

Zufferey calcula que, com fibra de carbono e outros materiais leves, o projeto poderia ser ampliado para uma envergadura de 15 metros (49 pés).

Com o tamanho atual, o custo dos componentes é de US$ 300. Mesmo com um motor melhorado e um design mais robusto, o custo de construção seria de no máximo US$ 1.000, disse Zufferey — “muito barato para qualquer pessoa que trabalhe com ciências oceânicas”.

O autor principal do estudo já montou um novo laboratório no MIT com um tanque de água maior e tetos altos para testes futuros.

Conheça o robô: