Os extremos climáticos deste verão foram um lembrete claro de que as mudanças climáticas não são apenas reais, mas estão aqui.
Menos visível para a maioria de nós do que os céus cheios de fumo, as estradas alagadas e o calor que ameaça a vida – mas igualmente importante – é o declínio dramático e contínuo das populações globais de abelhas.
Muitas culturas dependem de abelhas melíferas geridas comercialmente, abelhas nativas selvagens e outros polinizadores para se reproduzirem.
Na verdade, um terço de cada pedaço de comida que comemos provém de plantas que precisam de ser polinizadas, pelo que a saúde dos polinizadores afecta a todos nós.
Mas quase 35% das populações de insectos polinizadores em todo o mundo estão em risco de extinção e mais de metade das espécies de abelhas nativas da América do Norte estão em declínio devido ao uso de pesticidas, perda de habitat, alterações climáticas e práticas agrícolas intensivas.
Estas tendências preocupantes estão na origem das campanhas globais cada vez mais populares para salvar as abelhas.
Mas Nitin Sanket, professor assistente do Departamento de Engenharia Robótica, está abordando esta questão de um ângulo totalmente diferente.
Sanket, que ingressou no corpo docente do WPI em 2022, afirma: “Muitos conservacionistas estão trabalhando para preservar as abelhas, e isso é uma coisa boa.
“Mas o clima está a mudar drasticamente, por isso também precisamos de alternativas, incluindo procurar outras formas de polinizar as coisas.”
Eis a abelha robótica. (Veja o vídeo abaixo.)
É um robô voador autônomo que Sanket e seus alunos de pós-graduação do Grupo de Percepção e Robótica Autônoma estão desenvolvendo com financiamento potencial proveniente de diversas fontes, incluindo organizações militares e ambientais.
O protótipo atual é um pequeno cubo de plástico preto impresso em 3D equipado com quatro hélices de 2,5 polegadas, uma câmera poderosa e uma bateria de lítio recarregável.
O modelo existente tem 4,7 polegadas de diâmetro – aproximadamente o tamanho de um beija-flor – mas pesa 200 gramas cerca de 100 vezes mais do que os polinizadores emplumados.
Ele pode zumbir silenciosamente pelo ar enquanto se lança para evitar obstáculos e gira para navegar em espaços estreitos, voando por um total de 5 a 7 minutos, dependendo do tipo de bateria que possui e do tipo de movimentos que realiza.
O objetivo de longo prazo de Sanket é criar um dispositivo que seja pequeno o suficiente e contenha energia suficiente para voar independentemente em um enxame por muitas horas.
A programação será suficientemente sofisticada e diferenciada para que o bot possa coletar e transferir com sucesso o pólen de uma variedade de plantas.
Pontos de bônus para o planeta se a abelha robótica também pudesse funcionar completamente com energia solar e se biodegradar totalmente no solo quando suas peças se desgastassem.
Pequeno bug, grande esforço
Sanket adverte que ainda faltam muitos anos para uma abelha robótica totalmente funcional e verde, mas está optimista – em grande parte porque engenheiros e investigadores de outras instituições estão a trabalhar em detalhes que sem dúvida ajudarão a avançar o seu projecto.
Pesquisadores do MIT, de Harvard e da Universidade de Washington estão enfrentando os desafios mecânicos necessários para construir um corpo robótico do tamanho de uma abelha.
Entretanto, em parceria com Yiannis Aloimonos e Cornelia Fermüller, da Universidade de Maryland, a equipa de Sanket está a aperfeiçoar a capacidade do robô de navegar de forma suave e autónoma em torno de objetos. Em outras palavras, eles estão construindo o cérebro da abelha robótica.
Mas, observa Sanket, “você não pode usar a mesma lógica que usaria para um cérebro humano. E, obviamente, não podemos investigar o que as abelhas estão pensando. Então estamos especulando.”
Essa especulação baseia-se na pesquisa entomológica existente sobre o movimento e comportamento dos insetos.
Compreender como as abelhas geralmente respondem em situações específicas ajuda Sanket e sua equipe a identificar as muitas funções individuais que precisam ser programadas na cognição e na autonomia do dispositivo.
Cada um dos dois alunos de doutorado e oito alunos de mestrado que trabalham com Sanket está abordando um detalhe diferente do dispositivo.
Especificamente, eles estão tentando melhorar a agilidade, velocidade, longevidade de vôo, consciência de objetos e capacidade de evitar colidir com objetos da abelha robótica.
O aluno de mestrado em engenharia robótica, Rishabh Singh, está se concentrando em fazer o dispositivo voar mais rápido, mantendo todo o seu poder de computação e autonomia atuais.
Ele começou a trabalhar no projeto abelha robótica há alguns anos, durante um estágio na Universidade de Maryland, onde Sanket foi professor clínico assistente e pesquisador de pós-doutorado em ciência da computação.
Singh foi quem realmente construiu os drones físicos que Sanket voou durante sua pesquisa de pós-doutorado e veio para o WPI para poder continuar estudando com Sanket.
“Este projeto baseia-se no que fizemos em Maryland, adicionando velocidade, o que acrescenta uma camada de complexidade”, diz Singh.
“Como podemos fazer com que drones do tamanho de uma abelha voem autonomamente através de uma floresta a 30 metros por segundo? Isso é três vezes mais rápido que o drone autônomo mais rápido do momento.”
Para voar tão rápido nesse ambiente, o dispositivo deve ser leve e resistente o suficiente para transportar os sensores necessários ao voo autônomo. Além disso, “tem que ser forte porque vai levar uma surra”, diz Singh.
Isso ocorre porque “as abelhas reais sempre se chocam”, explica Sanket. “Eles são muito desajeitados. Mas tudo bem porque seus corpos são resistentes.”
Porém, toda vez que a iteração atual da abelha robótica esbarra em alguma coisa, máquinas caras podem quebrar.
Essas falhas de laboratório podem oferecer oportunidades valiosas de aprendizagem que, em última análise, deverão ajudar Sanket e sua equipe a construir uma abelha robótica melhor.
Ideia divertida, impacto sério
Nenhum desses detalhes foi levado em consideração no pensamento de Sanket quando ele começou a trabalhar neste projeto, durante seu período de pós-graduação.
“Tudo começou como uma piada, para ser sincero”, diz Sanket. Um dia, enquanto conversava com seu orientador, ele olhou para um brinquedo minúsculo e mole em sua mesa.
“Eu disse: ‘Eu deveria construir um drone tão pequeno só para mostrar que é possível’. E assim que começámos a pensar nisso, percebemos que não era apenas um problema muito difícil de resolver, mas também um problema que poderia ter um impacto real.”
A dissertação de doutorado de Sanket sobre abelhas robóticas rendeu-lhe prêmios na Universidade de Maryland e na MDPI, uma editora internacional de revistas científicas revisadas por pares de acesso aberto.
Ele foi o autor principal de vários artigos que examinaram funções específicas relacionadas à navegação aérea autônoma.
Mais recentemente, a edição de agosto de 2023 da Science Robotics apresentou na capa um artigo de Sanket e pesquisadores da Universidade de Maryland mostrando que a capacidade de um robô de entender quando as suposições podem estar incorretas é especialmente importante na navegação em situações imprevisíveis.
Assim que conseguir aperfeiçoar a capacidade do minúsculo robô de manobrar em espaços apertados e evitar outros objetos em movimento, Sanket sabe que o dispositivo pode ser valioso em uma série de situações do mundo real que não têm nada a ver com plantas ou polinização, incluindo esforços de busca e resgate. .
Esse possível uso rendeu a Sanket financiamento do Escritório de Pesquisa Naval durante seus estudos de doutorado, e ele agora está solicitando novas bolsas militares.
E embora também esteja a conversar com potenciais financiadores que se concentrem em questões ambientais, ele não está preocupado com o facto de o desenvolvimento de abelhas robóticas desviar dinheiro dos esforços generalizados de conservação.
“Isto está a trazer dinheiro novo, porque as pessoas que não investiriam na conservação poderão investir nesta tecnologia”, diz Sanket.
“É como quando o GPS foi desenvolvido pelos militares. Eles estavam interessados na tecnologia por um motivo completamente diferente daquele para o qual todos a usamos hoje.
“Mas se investirem dinheiro para desenvolver uma tecnologia, o público em geral poderá adaptar essa tecnologia para soluções criativas.”
Enquanto isso, Sanket e seus alunos estão avançando lentamente em direção ao objetivo de um dispositivo totalmente autônomo do tamanho de um bug. Eles sabem que a vida em todo o planeta pode depender disso.
Artigo original de Mia Lumsden
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