Graças aos seus corpos moles e à sua capacidade de se enterrar em diferentes materiais de superfície, os robôs minhocas podem desempenhar um papel importante ao desvendar os mistérios dos planetas e luas do nosso sistema solar.
Ao projetar robôs para exploração espacial, engenheiros e desenvolvedores geralmente buscam inspiração na natureza. De cobras a lagartas e até peixes, muitos tipos diferentes de movimentos naturais foram imitados pelos corpos dos robôs espaciais. O mais recente desses chamados corpos robóticos biomiméticos vem do Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) em Gênova, Itália – e foi inspirado por, de todos os animais, minhocas. Como as minhocas evoluíram para sobreviver em uma variedade de diferentes tipos de solo, frequentemente se contorcendo em espaços confinados, seus corpos podem ser perfeitos para explorar planetas estrangeiros.
“Este robô pode ser um trampolim para explicar por que a abordagem bioinspirada é relevante no desenvolvimento de robôs melhores para servir ao propósito e com certeza inspirar o desenvolvimento de outros robôs”, Riddhi Das, pesquisador de pós-doutorado no IIT e primeiro autor de o papel da minhoca na Nature Scientific Reports, diz Astronomy. “Nossa abordagem bioinspirada mostra que uma compreensão cuidadosa da biomecânica interna ajuda na compreensão do organismo real e no desenvolvimento de um robô que funciona de maneira semelhante a ele.”
Robôs macios versus robôs rígidos
O robô minhoca se enquadra no campo da “robótica leve”, onde engenheiros e desenvolvedores projetam robôs com corpos macios e flexíveis, geralmente compostos de silicone ou borracha.
“A robótica leve é adequada para várias tarefas terrestres, principalmente para lidar com itens delicados ou flexíveis”, diz Meera Day Towler, engenheira de pesquisa sênior do Southwest Research Institute, que estuda robótica leve. “Isso inclui tarefas como agricultura e manipulação de alimentos. Esses mesmos tipos de tarefas são úteis no espaço para ajudar a apoiar as operações a bordo de uma estação espacial.”
Os robôs macios são valiosos porque podem esticar ou torcer suas estruturas flexíveis para caber ou navegar em espaços menores. No caso dos robôs minhocas de Das, eles podem até se enterrar no solo para evitar as duras condições de superfície encontradas em mundos próximos. No entanto, embora esses robôs ofereçam algumas vantagens exclusivas, eles também têm suas limitações. Towler acrescentou que essas máquinas “não são inerentemente adequadas ao vácuo do espaço”. Esse desafio força cientistas como Das a trabalhar em projetos de corpos que tornem os robôs macios mais resistentes ao vácuo e, portanto, mais versáteis para implantação.
Ao contrário da robótica leve, a “robótica rígida” concentra-se em designs de corpos robóticos mais estruturados, feitos de materiais rígidos como plásticos ou metais, como rovers planetários. De braços robóticos a rodas, esses “robôs rígidos” podem ser projetados para transportar cargas pesadas de material planetário, como amostras de rochas, ou estar preparados para se mover sobre terrenos rochosos ou irregulares.
De acordo com Martin Azkarate, um engenheiro de sistema de navegação de robôs da Agência Espacial Européia (ESA): “O subsistema de locomoção de um rover de exploração sempre dependerá do terreno de exploração alvo. Por exemplo, só vimos rovers com rodas em Marte porque este é o modo de locomoção mais eficiente para atravessar os vastos terrenos de Marte. Mas, por exemplo, ao explorar uma cratera lunar ou clarabóias lunares, outros tipos de locomoção podem ser considerados (caminhar, pular ou robôs semelhantes a cobras).”
Em outras palavras, embora os robôs rígidos tenham pontos fortes específicos, como a capacidade de resistir a ambientes extremos e carregar cargas pesadas, eles não têm a flexibilidade dos robôs flexíveis.
Entendendo os robôs minhocas
Enquanto organizações espaciais como a NASA, a ESA e até empresas espaciais privadas como a SpaceX utilizam robôs macios e rígidos, Das e sua equipe no IIT acreditavam que a chave para tornar seu robô minhoca adequado para a exploração espacial estava em seu movimento.
“Tentei entender a importância de algumas das características anatômicas da minhoca, seu papel na geração de locomoção subterrânea e projetei um robô macio peristáltico inspirado nisso”, diz Das. “A ideia surgiu da falta de robôs escavadores reais disponíveis até o momento.”
O peristaltismo é um tipo de movimento de compressão que os músculos fazem para impulsionar para a frente. Esse movimento é encontrado no esôfago quando comemos, pois a comida se move da boca para o estômago por meio do peristaltismo.
Das e sua equipe conseguiram preservar esse movimento em seu robô usando um sistema do tipo fole, o Peristaltic Soft Actuator (PSA), dentro de cada segmento. “O espaço entre a parte central e a pele é preenchido com fluido de volume constante”, explica Das. Esse volume constante de fluido pode tornar o robô minhoca mais resistente ao vácuo e robusto a mudanças de pressão.
“Quando o ar é passado para dentro do PSA, a parte central se alonga, tornando todo o módulo longo e fino”, acrescenta. “Esta é a forma exata do segmento da minhoca quando os músculos circulares se contraem. Da mesma forma, quando o ar é retirado do PSA, a parte central se comprime, tornando todo o módulo do PSA curto e grosso. Essa mudança de forma é semelhante ao segmento da minhoca quando os músculos longitudinais se contraem”.
Então, assim como as minhocas se impulsionam esticando e comprimindo cada segmento de seus corpos, um robô minhoca também pode aproveitar esse tipo de movimento para avançar através de uma variedade de materiais diferentes.
Os problemas com a escavação
Com cerca de 45 centímetros de comprimento, o protótipo do robô minhoca tem cinco segmentos PSA cobertos com cerdas minúsculas chamadas cerdas, também encontradas em minhocas vivas. Embora essas cerdas e o movimento peristáltico já tornem o robô de Das único em comparação com outros robôs espaciais macios, o robô minhoca também pode escavar.
“A escavação planetária é uma aplicação crítica de todos os robôs peristálticos escavadores”, diz Das. Com a escavação, o robô pode não apenas evitar ambientes extremos, mas também coletar amostras de solo planetário para estudo posterior. No entanto, cavar buracos com sucesso costuma ser difícil para um robô macio, especialmente quando eles precisam deslocar solo pesado.
Apesar do modelo atual de seu robô minhoca ainda lutar para se mover em solo grosseiro, Das e sua equipe estão ansiosos para ver que tipo de melhorias podem ser feitas no sistema. “Assim que obtivermos conhecimento substancial sobre suas capacidades”, diz ele, “podemos implementá-lo para missões de exploração espacial”.
Publicado em 30/05/2023 13h37
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