Os veículos subaquáticos são normalmente projetados para uma velocidade de cruzeiro e costumam ser ineficientes em outras velocidades. A tecnologia é rudimentar comparada à maneira como os peixes nadam bem, rápido ou devagar.
E se você quiser que seu veículo subaquático viaje rapidamente por quilômetros de oceano e depois diminua a velocidade para mapear um recife de coral estreito, ou acelere até o local de um derramamento de óleo e, em seguida, acelere de volta para fazer medições cuidadosas?
Dan Quinn, professor assistente da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade da Virgínia, e seu colega, recentemente Ph.D. em UVA O pesquisador de graduação e pós-doutorado Qiang Zhong descobriu uma estratégia-chave para possibilitar esses tipos de missões multispeed. Eles demonstraram uma maneira simples de implementar essa estratégia em robôs, o que pode, em última instância, informar o projeto de veículos subaquáticos. Seu trabalho foi publicado recentemente na Science Robotics.
Ao projetar robôs nadadores, uma questão que sempre surge para os pesquisadores é quão rígida deve ser a peça que impulsiona os robôs através da água. É uma pergunta difícil, porque a mesma rigidez que funciona bem em algumas situações pode falhar miseravelmente em outras.
“Ter uma rigidez na cauda é como ter uma relação de marcha em uma bicicleta”, disse Quinn, que tem cargos conjuntos em engenharia mecânica e aeroespacial e engenharia elétrica e de computação. “Você só seria eficiente em uma velocidade. Seria como pedalar por São Francisco com uma bicicleta de marcha fixa; você ficaria exausto depois de apenas alguns quarteirões.”
É provável que os peixes resolvam esse problema ajustando sua rigidez em tempo real: eles ajustam diferentes níveis de rigidez dependendo da situação.
O problema é que não há maneira conhecida de medir a rigidez de um peixe nadando, então é difícil saber se e como os peixes estão fazendo isso. Quinn e Zhong resolveram isso combinando dinâmica de fluidos e biomecânica para derivar um modelo de como e por que a rigidez da cauda deve ser ajustada.
“Surpreendentemente”, disse Quinn, “um resultado simples saiu de toda a matemática: a rigidez deve aumentar com o quadrado da velocidade de natação.
“Para testar nossa teoria, construímos um robô parecido com um peixe que usa um tendão artificial programável para ajustar a rigidez da cauda ao nadar em um canal de água. O que aconteceu é que, de repente, nosso robô poderia nadar em uma faixa mais ampla de velocidades, usando quase a metade de muita energia como o mesmo robô com uma cauda de rigidez fixa. A melhoria foi realmente notável. ”
“Nosso trabalho é o primeiro que combina biomecânica, dinâmica de fluidos e robótica para estudar de forma abrangente a rigidez da cauda, o que ajuda a desvendar o antigo mistério sobre como a rigidez da cauda afeta o desempenho na natação”, disse Zhong. “O que é ainda mais fantástico é que não estamos apenas focados na análise teórica, mas também em propor um guia prático para rigidez ajustável. Nossa estratégia de rigidez ajustável proposta provou ser eficaz em missões de natação realistas, onde um peixe robô alcançou alta velocidade e alta eficiência nadando simultaneamente. ”
Agora que a equipe modelou os benefícios da rigidez ajustável, eles estenderão seu modelo para outros tipos de natação. O primeiro robô foi projetado como um atum; agora a equipe está pensando em como eles poderiam chegar aos golfinhos ou aos girinos. Eles também estão construindo um robô que emula os movimentos ondulantes das arraias.
“Eu não acho que vamos ficar sem projetos tão cedo. Cada animal aquático que vimos nos deu novas ideias sobre como construir robôs nadadores melhores. E há muitos mais peixes no mar”, disse Quinn .
Publicado em 14/08/2021 19h31
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