Robôs inspirados em besouros saltam usando energia elástica

Os pesquisadores deram um salto significativo no desenvolvimento de robôs saltadores do tamanho de insetos capazes de realizar tarefas em pequenos espaços frequentemente encontrados em ambientes mecânicos, agrícolas e de busca e resgate.

Um novo estudo liderado pelo professor de ciências mecânicas e engenharia Sameh Tawfick demonstra uma série de robôs do tamanho de besouros pequenos o suficiente para caber em espaços apertados, poderosos o suficiente para manobrar sobre obstáculos e rápidos o suficiente para igualar o tempo de fuga de um inseto.

As descobertas são publicadas no Anais da Academia Nacional de Ciências.

Pesquisadores da U. de I. e da Universidade de Princeton estudaram a anatomia, a mecânica e a evolução do besouro ao longo da última década. Um estudo de 2021 descobriu que a flambagem instantânea – a liberação rápida de energia elástica – de um músculo enrolado dentro do tórax de um besouro estalante é acionado para permitir que eles se impulsionem no ar muitas vezes o comprimento do corpo, como um meio de se endireitar se virado para cima. suas costas.

“Um dos grandes desafios da robótica de pequena escala é encontrar um design pequeno, mas poderoso o suficiente para contornar obstáculos ou escapar rapidamente de ambientes perigosos”, disse Tawfick.

No novo estudo, Tawfick e sua equipe usaram minúsculos atuadores em espiral – análogos aos músculos dos animais – que puxam um mecanismo em forma de viga, fazendo com que ele se deforme lentamente e armazene energia elástica até que seja espontaneamente liberado e amplificado, impulsionando os robôs para cima.

“Esse processo, chamado de cascata de flambagem dinâmica, é simples em comparação com a anatomia de um besouro”, disse Tawfick. “No entanto, simples é bom neste caso porque nos permite trabalhar e fabricar peças em pequena escala.”

Guiados pela evolução biológica e modelos matemáticos, a equipe construiu e testou quatro variações de dispositivos, aterrissando em duas configurações que podem saltar com sucesso sem intervenção manual.

“No futuro, não temos uma abordagem definida sobre o design exato da próxima geração desses robôs, mas este estudo planta uma semente na evolução dessa tecnologia – um processo semelhante à evolução biológica”, disse Tawfick.

A equipe imagina esses robôs acessando espaços apertados para ajudar na manutenção de grandes máquinas como turbinas e motores a jato, por exemplo, tirando fotos para identificar problemas.

“Também imaginamos robôs em escala de insetos sendo úteis na agricultura moderna”, disse Tawfick. “Cientistas e agricultores atualmente usam drones e rovers para monitorar plantações, mas às vezes os pesquisadores precisam de um sensor para tocar uma planta ou para capturar uma fotografia de um recurso em escala muito pequena. Robôs em escala de insetos podem fazer isso”.

Pesquisadores da Universidade de Birmingham, Reino Unido; Universidade de Oxford; e a Universidade do Texas em Dallas também participaram desta pesquisa.

O artigo é intitulado “Robôs saltadores em escala de insetos ativados por uma cascata de flambagem dinâmica”.