p Os engenheiros do MIT projetaram um planador robótico que pode deslizar ao longo da superfície da água, cavalgando o vento como um albatroz enquanto surfa as ondas como um veleiro. p Em regiões de vento forte, o robô é projetado para ficar no ar, muito parecido com sua contraparte aviária. Onde há ventos mais calmos, o robô pode mergulhar uma quilha na água para navegar como um veleiro altamente eficiente.

p O sistema robótico, que empresta de projetos náuticos e biológicos, pode cobrir uma determinada distância usando um terço da quantidade de vento que um albatroz e viajando 10 vezes mais rápido do que um veleiro típico. O planador também é relativamente leve, pesando cerca de 6 libras. Os pesquisadores esperam que em um futuro próximo, tão compacto, Skimmers robóticos velozes podem ser implantados em equipes para pesquisar grandes extensões do oceano.

p "Os oceanos permanecem muito submonitorados, "diz Gabriel Bousquet, um ex-pós-doutorado no Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do MIT, que liderou o projeto do robô como parte de sua tese de pós-graduação. "Em particular, é muito importante entender o Oceano Antártico e como ele está interagindo com as mudanças climáticas. Mas é muito difícil chegar lá. Agora podemos usar a energia do meio ambiente de forma eficiente para fazer essa viagem de longa distância, com um sistema que permanece em pequena escala. "

p Bousquet apresentará detalhes do sistema robótico esta semana na Conferência Internacional sobre Robótica e Automação do IEEE, em Brisbane, Austrália. Seus colaboradores no projeto são Jean-Jacques Slotine, professor de engenharia mecânica e ciências da informação e de ciências do cérebro; e Michael Triantafyllou, o Henry L. e Grace Doherty Professor em Ocean Science and Engineering.

p A física da velocidade

p Ano passado, Bousquet, Slotine, e Triantafyllou publicou um estudo sobre a dinâmica do voo do albatroz, em que eles identificaram a mecânica que permite ao viajante incansável cobrir grandes distâncias gastando o mínimo de energia. A chave para as maratonas de maratonas do pássaro é sua capacidade de entrar e sair de camadas de ar em alta e baixa velocidade.

p Especificamente, os pesquisadores descobriram que o pássaro é capaz de realizar um processo mecânico chamado de "transferência de impulso, "no qual é necessário um impulso superior, camadas mais rápidas de ar, e mergulhando transfere esse impulso para diminuir, camadas mais lentas, impulsionando-se sem ter que bater continuamente as asas.

p Interessantemente, Bousquet observou que a física do vôo do albatroz é muito semelhante à da viagem de um veleiro. Tanto o albatroz quanto o veleiro transferem impulso para continuar em movimento. Mas no caso do veleiro, essa transferência não ocorre entre camadas de ar, mas entre o ar e a água.

p "Os veleiros ganham impulso com o vento com suas velas, e injetá-lo na água empurrando para trás com a quilha, "Bousquet explica." É assim que a energia é extraída para os veleiros. "

p Bousquet também percebeu que a velocidade com que um albatroz e um veleiro podem viajar depende da mesma equação geral, relacionadas com a transferência de momentum. Essencialmente, tanto o pássaro quanto o barco podem viajar mais rápido se puderem ficar no ar facilmente ou interagir com duas camadas, ou médiuns, de velocidades muito diferentes.

p O albatroz se dá bem com o primeiro, como suas asas fornecem sustentação natural, embora voe entre as camadas de ar com uma diferença relativamente pequena na velocidade do vento. Enquanto isso, o veleiro se destaca neste último, viajando entre dois meios de velocidades muito diferentes - ar versus água - embora seu casco crie muito atrito e o impeça de obter muita velocidade. Bousquet se perguntou:e se um veículo pudesse ser projetado para ter um bom desempenho em ambas as métricas, casar as qualidades de alta velocidade do albatroz e do veleiro?

p "Nós pensamos, como poderíamos tirar o melhor dos dois mundos? ”, diz Bousquet.

p Na água

p A equipe elaborou um projeto para um veículo híbrido, que no final das contas se assemelhava a um planador autônomo com envergadura de 3 metros, semelhante ao de um albatroz típico. Eles adicionaram um alto, vela triangular, além de esguio, quilha semelhante a uma asa. Em seguida, eles realizaram alguns modelos matemáticos para prever como tal projeto viajaria.

p De acordo com seus cálculos, o veículo movido a vento só precisaria de ventos relativamente calmos de cerca de 5 nós para cruzar as águas a uma velocidade de cerca de 20 nós, ou 23 milhas por hora.

p "Descobrimos que com ventos fracos você pode viajar cerca de três a 10 vezes mais rápido do que um veleiro tradicional, e você precisa de cerca de metade do vento de um albatroz, para chegar a 20 nós, "Bousquet diz." É muito eficiente, e você pode viajar muito rápido, mesmo que não haja muito vento. "

p A equipe construiu um protótipo de seu design, usando uma fuselagem de planador projetada por Mark Drela, professor de aeronáutica e astronáutica no MIT. Na parte inferior do planador, eles adicionaram uma quilha, junto com vários instrumentos, como GPS, sensores de medição inercial, instrumentação de piloto automático, e ultrassom, para rastrear a altura do planador acima da água.

p "O objetivo aqui era mostrar que podemos controlar com muita precisão o quão alto estamos acima da água, e que podemos fazer o robô voar acima da água, em seguida, até onde a quilha pode ir sob a água para gerar uma força, e o avião ainda pode voar, "Bousquet diz.

p Os pesquisadores decidiram testar essa "manobra crítica" - o ato de transição entre voar no ar e mergulhar a quilha para navegar na água. Realizar este movimento não requer necessariamente uma vela, então Bousquet e seus colegas decidiram não incluir um para simplificar os experimentos preliminares.

p No outono de 2016, a equipe colocou seu design à prova, lançando o robô do MIT Sailing Pavilion para o Charles River. Como o robô não tinha uma vela e nenhum mecanismo para iniciá-lo, a equipe o pendurou em uma vara de pescar presa a um barco baleeiro. Com esta configuração, o barco rebocou o robô ao longo do rio até atingir cerca de 20 milhas por hora, em que ponto o robô autonomamente "decolou, "cavalgando o vento por conta própria.

p Uma vez que estava voando de forma autônoma, Bousquet usou um controle remoto para dar ao robô um comando "para baixo", levando-o a mergulhar baixo o suficiente para submergir sua quilha no rio. Próximo, ele ajustou a direção da quilha, e observou que o robô foi capaz de se afastar do barco conforme o esperado. Ele então deu um comando para o robô voar de volta, levantando a quilha da água.

p "Estávamos voando muito perto da superfície, e havia muito pouca margem de erro - tudo tinha que estar no lugar, "Bousquet diz." Portanto, era um estresse muito alto, mas muito emocionante. "

p Os experimentos, ele diz, provar que o dispositivo conceitual da equipe pode viajar com sucesso, alimentado pelo vento e pela água. Eventualmente, ele prevê frotas de tais veículos monitorando de forma autônoma e eficiente grandes extensões do oceano.

p "Imagine que você pudesse voar como um albatroz quando está muito vento, e então quando não há vento suficiente, a quilha permite que você navegue como um veleiro, "Bousquet diz." Isso expande dramaticamente os tipos de regiões onde você pode ir. "