Da Botânica à Robótica: Semente Inspira Drone de Asa Única

As sâmaras, as sementes da árvore bordo, descem espiralando rumo ao chão graças a uma asa membranosa que lhe dão uma propriedade aerodinâmica que diminui sua velocidade de descida, dando tempo para que o vento as leve para longe da árvore-mãe.

Cai Xinyu e colegas da Universidade de Design e Tecnologia de Cingapura vêm trabalhando há anos para copiar esse projeto da natureza, criando um robô biomimético que possa tirar proveito da aerodinâmica das sâmaras de modo mais eficiente.

E agora eles bateram todos os recordes: O monocóptero de 32 gramas paira com controle totalmente automático por 26 minutos, superando em muito todos os drones biomiméticos já inventados – o tempo de voo só é limitado pela duração da bateria.

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“Alçar voo torna-se cada vez mais ineficiente à medida que reduzimos a escala. Drones pequenos costumam ter baixa resistência porque suas hélices pequenas geram empuxo limitado e, ainda assim, consomem energia significativa. Nosso objetivo era superar essa limitação,” disse o professor Foong Shaohui, coordenador da equipe.Por sorte, a natureza já havia resolvido o problema. Mas foram necessários 10 anos de trabalho para que a equipe conseguisse copiar os detalhes da sâmara: “Cada parte de uma semente de bordo contribui para a sustentação. Nos inspiramos nesse princípio e construímos uma fuselagem onde nada é desperdiçado,” disse Shaohui.

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Drone de uma asa só

O projeto aprimorado da asa foi possível com a a ajuda da inteligência artificial, que testou inúmeros mecanismos de otimização, viabilizando a exploração de inúmeras possibilidades de design sem que fosse preciso construir e testar cada configuração.

Ao contrário dos quadricópteros convencionais, que controlam múltiplos rotores, o monocóptero voa com apenas um atuador. Este único motor impulsiona o corpo do veículo aéreo, que é inteiro uma asa. O motor único impulsiona o corpo alado, fazendo-o girar e estabilizando-o por meio de dinâmica passiva, provendo sustentação através de um grande aerofólio.

Sem peças oscilantes, caixas de engrenagens ou conexões mecânicas, o projeto é estruturalmente simples e, ainda assim, mecanicamente eficiente. O drone paira com uma carga de energia de 9,1 gramas por watt, superando outros microveículos aéreos com capacidade de pairar de tamanho e peso comparáveis.

“É uma conquista inédita,” disse Xinyu. “Demonstramos que, com o design aerodinâmico e sistêmico correto, um pequeno robô aéreo pode atingir uma resistência que rivaliza com sistemas muito maiores. Isso mostra que o tamanho não precisa mais ser um fator limitante.”

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Aprimorar o projeto

O protótipo foi construído usando componentes disponíveis comercialmente. Mas agora a equipe pretende desenvolver peças personalizadas, para aumentar ainda mais o desempenho do monocóptero.

“O próximo passo é aumentar a capacidade de carga útil e o tempo de voo sem aumentar significativamente o peso,” disse Xinyu. “Também buscamos explorar materiais avançados e morfologias de asas bioinspiradas no processo de design.”

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