Pesquisadores constroem robô abelha que pode torcer

Uma abelha robótica que pode voar totalmente em todas as direções foi desenvolvida por pesquisadores da Washington State University.

Com quatro asas feitas de fibra de carbono e mylar, bem como quatro atuadores leves para controlar cada asa, o Bee⁺⁺ protótipo é o primeiro a voar de forma estável em todas as direções. Isso inclui o complicado movimento de torção conhecido como guinada, com o Bee⁺⁺ alcançando plenamente os seis graus de movimento livre que um típico inseto voador exibe.

Liderados por Néstor O. Pérez-Arancibia, professor associado de Flaherty na Escola de Engenharia Mecânica e de Materiais da WSU, os pesquisadores relatam seu trabalho na revista, Transações IEEE em Robótica. Pérez-Arancibia apresentará os resultados na Conferência Internacional IEEE sobre Robótica e Automação no final deste mês.

Os pesquisadores tentam desenvolver insetos voadores artificiais há mais de 30 anos, disse Pérez-Arancibia. Eles poderiam um dia ser usados ​​para muitas aplicações, inclusive para polinização artificial, esforços de busca e resgate em espaços apertados, pesquisa biológica ou monitoramento ambiental, inclusive em ambientes hostis.

Mas apenas fazer com que os minúsculos robôs decolassem e pousassem exigia o desenvolvimento de controladores que agissem da mesma forma que o cérebro de um inseto.

“É uma mistura de design robótico e controle”, disse ele. “O controle é altamente matemático e você projeta uma espécie de cérebro artificial. Algumas pessoas chamam isso de tecnologia oculta, mas sem esses cérebros simples, nada funcionaria.”

Os pesquisadores inicialmente desenvolveram uma abelha robótica de duas asas, mas ela era limitada em seu movimento. Em 2019, Pérez-Arancibia e dois de seus Ph.D. os alunos pela primeira vez construíram um robô de quatro asas leve o suficiente para decolar. Para fazer duas manobras conhecidas como arremesso ou rolamento, os pesquisadores fazem as asas dianteiras baterem de maneira diferente das asas traseiras para arremessarem e as asas direitas baterem de maneira diferente das asas esquerdas para rolar, criando um torque que gira o robô sobre seus dois eixos horizontais principais.

Mas ser capaz de controlar o complexo movimento de guinada é tremendamente importante, disse ele. Sem ela, os robôs giram fora de controle, incapazes de se concentrar em um ponto. Então eles batem.

“Se você não consegue controlar a guinada, você está super limitado”, disse ele. “Se você é uma abelha, aqui está a flor, mas se você não consegue controlar a guinada, você está girando o tempo todo enquanto tenta chegar lá.”

Ter todos os graus de movimento também é extremamente importante para manobras evasivas ou rastreamento de objetos.

“O sistema é altamente instável e o problema é superdifícil”, disse ele. “Por muitos anos, as pessoas tiveram ideias teóricas sobre como controlar a guinada, mas ninguém conseguiu devido às limitações de atuação.”

Para permitir que seu robô gire de maneira controlada, os pesquisadores seguiram a sugestão dos insetos e moveram as asas para que batessem em um plano angular. Eles também aumentaram a quantidade de vezes por segundo que seu robô pode bater as asas – de 100 para 160 vezes por segundo.

“Parte da solução foi o design físico do robô, e também inventamos um novo design para o controlador – o cérebro que diz ao robô o que fazer”, disse ele.

Pesando 95 mg com uma envergadura de 33 milímetros, o Bee⁺⁺ ainda é maior que as abelhas reais, que pesam cerca de 10 miligramas. Ao contrário dos insetos reais, ele só pode voar de forma autônoma por cerca de cinco minutos por vez, por isso é principalmente conectado a uma fonte de energia por meio de um cabo. Os pesquisadores também estão trabalhando para desenvolver outros tipos de insetos-robôs, incluindo rastreadores e striders aquáticos.