Inspirados na biomecânica da arraia manta, pesquisadores da North Carolina State University desenvolveram um robô macio com eficiência energética que pode nadar mais de quatro vezes mais rápido do que os robôs macios nadadores anteriores. Os robôs são chamados de “bots borboleta”, porque seu movimento de natação se assemelha à maneira como os braços de uma pessoa se movem quando estão nadando na braçada de borboleta.
“Até o momento, os robôs macios nadadores não conseguiam nadar mais rápido do que um comprimento de corpo por segundo, mas os animais marinhos – como as arraias – são capazes de nadar muito mais rápido e com muito mais eficiência”, diz Jie Yin, autor correspondente do livro. um artigo sobre o trabalho e um professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial na NC State. “Queríamos aproveitar a biomecânica desses animais para ver se poderíamos desenvolver robôs macios mais rápidos e com maior eficiência energética. Os protótipos que desenvolvemos funcionam excepcionalmente bem.”
Os pesquisadores desenvolveram dois tipos de bots borboleta. Um foi construído especificamente para velocidade e foi capaz de atingir velocidades médias de 3,74 comprimentos de corpo por segundo. Um segundo foi projetado para ser altamente manobrável, capaz de fazer curvas fechadas para a direita ou para a esquerda. Este protótipo manobrável foi capaz de atingir velocidades de 1,7 comprimentos de corpo por segundo.
“Pesquisadores que estudam aerodinâmica e biomecânica usam algo chamado número de Strouhal para avaliar a eficiência energética de animais voadores e nadadores”, diz Yinding Chi, primeiro autor do artigo e um recente Ph.D. graduado do estado do NC. “O pico de eficiência propulsiva ocorre quando um animal nada ou voa com um número de Strouhal entre 0,2 e 0,4. Ambos os nossos bots borboleta tinham números de Strouhal nessa faixa”.
Os bots borboleta derivam seu poder de natação de suas asas, que são “bisestáveis”, o que significa que as asas têm dois estados estáveis. A asa é semelhante a um grampo de cabelo instantâneo. Um grampo de cabelo é estável até que você aplique uma certa quantidade de energia (dobrando-o). Quando a quantidade de energia atinge o ponto crítico, o grampo de cabelo se encaixa em uma forma diferente – que também é estável.
“A maioria das tentativas anteriores de desenvolver robôs que batem as asas se concentrou no uso de motores para fornecer energia diretamente às asas”, diz Yin. “Nossa abordagem usa asas biestáveis que são movidas passivamente pela movimentação do corpo central. Essa é uma distinção importante, pois permite um design simplificado, o que reduz o peso.”
O bot borboleta mais rápido tem apenas uma “unidade de acionamento” – o corpo macio – que controla ambas as asas. Isso torna muito rápido, mas difícil virar à esquerda ou à direita. O bot borboleta manobrável possui essencialmente duas unidades de acionamento, que são conectadas lado a lado. Esse design permite que os usuários manipulem as asas em ambos os lados, ou “bata” apenas uma asa, que é o que permite fazer curvas fechadas.
“Este trabalho é uma emocionante prova de conceito, mas tem limitações”, diz Yin. “Obviamente, os protótipos atuais são amarrados por tubos finos, que é o que usamos para bombear ar para os corpos centrais. Atualmente estamos trabalhando para desenvolver uma versão autônoma e sem amarras.”
O artigo, “Snapping for high-speed and high-efficient, butterfly stroke-like soft swimmer”, será publicado em 18 de novembro na revista de acesso aberto Science Advances. O papel foi co-autor de Yaoye Hong, um Ph.D. estudante no estado do NC; e por Yao Zhao e Yanbin Li, pesquisadores de pós-doutorado na NC State.
Publicado em 23/11/2022 07h11
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