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    Locomoção helicoidal em meio granular por um robô de areia

    Crédito:Universidade de Santiago

    Mover-se em mídias granulares como areia é um truque que ocorre não apenas em filmes de ficção científica. O lagarto sandfish, que vive no deserto, também é capaz de realizar essa tarefa. Para fazer isso, este lagarto se comporta como um peixe e ondula seu corpo para atingir uma velocidade máxima de dois comprimentos de corpo por segundo.

    A propulsão dos lagartos do sandfish resulta do fato de que a resistência na areia é maior para um movimento em uma direção perpendicular ao corpo do que para um movimento em uma direção longitudinal. Essa propriedade é chamada de atrito anisotrópico.

    Longe de desertos e meios granulares, outros organismos usam tais propriedades anisotrópicas do meio para se propelirem. Esse é o caso de microrganismos em fluidos viscosos. Como na areia, seus corpos experimentam uma resistência por comprimento do corpo que é maior para um movimento perpendicular do que longitudinal. Isso explica por que muitas bactérias ondulam suas caudas para se propelirem em fluidos viscosos como o peixe-areia na areia.

    Contudo, bater na cauda não é o único modo de locomoção empregado pelas bactérias para se moverem em um fluido viscoso. Por exemplo, E. coli usa a rotação de uma cauda helicoidal para o mesmo propósito.

    Tal observação despertou a curiosidade de uma equipe de pesquisadores do Departamento de Física da Universidade de Santiago, no Chile. Francisco Melo, quem lidera a equipe, perguntou a si mesmo:"A rotação helicoidal induz a propulsão em um meio granular como em um fluido viscoso?"

    Para responder à pergunta, Alejandro Ibarra, um Ph.D. aluno envolvido neste projeto, imaginou um experimento para estudar o movimento horizontal de uma hélice girando em um meio granular. Os pesquisadores colocaram uma hélice em uma piscina de grãos e a conectaram a um motor externo por meio de uma pequena haste que atravessa a parede da piscina. O motor foi colocado em um estágio linear para permitir seu movimento horizontal. Esta configuração permite a rotação da hélice enquanto libera seu movimento horizontal.

    "Observamos que quando a hélice estava suficientemente profunda no meio granular, sua rotação levou a um movimento de propulsão ao longo do eixo horizontal, "disse Baptiste Darbois Texier, Pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Física.

    Com esta configuração, os pesquisadores estudaram a velocidade da hélice dependendo de sua velocidade de rotação, sua profundidade na piscina granular e a carga externa aplicada ao sistema. Além disso, eles fabricaram hélices de geometrias diferentes e as testaram no reservatório granular. Em paralelo, eles desenvolveram um modelo teórico para descrever o atrito anisotrópico experimentado pela hélice com base em um coeficiente de atrito longitudinal e transversal. O modelo captura suas observações experimentais e prevê o projeto ideal da hélice para propulsionar em um meio granular.

    Finalmente, a equipe desenvolveu um robô de prova de conceito baseado em propulsão helicoidal que opera em material granular. A cabeça do robô contém uma pequena bateria e um minúsculo motor que garante a rotação da cauda helicoidal. O design também inclui quatro paletes para evitar a rotação da cabeça em vez da cauda. O robô provou ser muito robusto na propulsão em diferentes tipos de grãos. Como a atuação deste robô de areia é baseada em um motor simples, é muito mais fácil de implementar do que reproduzir o movimento ondulante dos lagartos sandfish. Assim, este estudo abre caminho para um novo tipo de robô operando em meios heterogêneos, como areia ou neve seca.

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