Sob o olhar atento de cinco câmeras de alta velocidade, um pequeno, Um pássaro azul-claro chamado Gary espera o sinal para voar. Diana Chin, um estudante de graduação na Universidade de Stanford e treinador de Gary, aponta o dedo para um poleiro a cerca de 50 centímetros de distância. O problema aqui é que o poleiro é coberto de teflon, tornando-o aparentemente impossível de compreender de forma estável.

O pouso bem-sucedido de Gary no Teflon - e em outros poleiros de materiais variados - está ensinando aos pesquisadores como eles podem criar máquinas que pousam como um pássaro.

"Os robôs aéreos modernos geralmente precisam de uma pista ou de uma superfície plana para decolar e pousar com facilidade. Para um pássaro, quase todo lugar é um ponto de pouso potencial, mesmo nas cidades, "disse queixo, que faz parte do laboratório de David Lentink, professor assistente de engenharia mecânica. "Queríamos realmente entender como eles realizam isso e a dinâmica e as forças envolvidas."

Mesmo os robôs mais avançados não chegam nem perto da capacidade de agarrar dos animais ao lidar com objetos de formas variadas, tamanhos e texturas. Então, os pesquisadores coletaram dados sobre como Gary e dois outros pássaros pousam em diferentes tipos de superfícies, incluindo uma variedade de poleiros naturais e artificiais cobertos de espuma, lixa e teflon.

"Isso não é diferente de pedir a uma ginasta olímpica para pousar em barras altas cobertas de teflon sem sujar as mãos, "disse Lentink, quem é o autor sênior do artigo. Ainda, os papagaios fazem o que parece quase impossível para um humano parecer sem esforço.

A pesquisa do grupo, publicado em 6 de agosto em eLife , também incluiu estudos detalhados do atrito produzido pelas garras e pés dos pássaros. Deste trabalho, os pesquisadores descobriram que o segredo da versatilidade do empoleiramento do papagaio está nas garras.

"Quando olhamos para uma pessoa correndo, um esquilo pulando ou um pássaro voando, é claro que temos um longo caminho a percorrer antes que nossa tecnologia alcance o potencial complexo desses animais, tanto em termos de eficiência quanto de capacidade atlética controlada, "disse William Roderick, um estudante de graduação em engenharia mecânica no laboratório Lentink e laboratório de Mark Cutkosky, a cadeira Fletcher Jones na Escola de Engenharia. "Através do estudo de sistemas naturais que evoluíram ao longo de milhões de anos, podemos fazer avanços tremendos em direção à construção de sistemas com recursos sem precedentes. "

(Não) aderindo ao pouso

Os poleiros nesta pesquisa não eram o estoque médio de uma loja de animais de estimação. Os pesquisadores os dividiram em dois, longitudinalmente, no ponto que aproximadamente alinhado com o centro do pé de um papagaio. No que diz respeito ao pássaro, os poleiros pareciam um único galho, mas cada metade estava sobre seu próprio sensor de força / torque de 6 eixos. Isso significa que os pesquisadores puderam capturar as forças totais que o pássaro colocou no poleiro em várias direções e como essas forças diferiam entre as metades - o que indicava a força com que os pássaros estavam apertando.

Depois que os pássaros voaram para todos os nove poleiros sensores de força de tamanhos variados, maciez e escorregadio, o grupo começou a analisar os primeiros estágios de pouso. Comparando diferentes superfícies de poleiro, eles esperavam ver diferenças em como os pássaros se aproximavam do poleiro e a força com que pousavam, mas não foi isso que eles encontraram.

"Quando processamos pela primeira vez todos os nossos dados sobre a velocidade de aproximação e as forças quando o pássaro estava pousando, não vimos nenhuma diferença óbvia, "Chin lembrou." Mas então começamos a examinar a cinemática dos pés e das garras - os detalhes de como eles os moviam - e descobrimos que eles os adaptavam para furar a aterrissagem. "

A extensão em que os pássaros envolviam os dedos dos pés e enrolavam as garras variava dependendo do que encontravam ao pousar. Em superfícies ásperas ou moles, como a espuma de tamanho médio, lixa e poleiros de madeira áspera - seus pés podiam gerar altas forças de compressão com pouca ajuda de suas garras. Em poleiros que eram mais difíceis de agarrar - a madeira de seda-algodão, Teflon e bétula grande - os pássaros enrolaram mais suas garras, arrastando-os ao longo da superfície do poleiro até que estivessem firmes.

Este aperto variável sugere que, ao construir robôs para pousar em uma variedade de superfícies, os pesquisadores podem separar o controle da aproximação do pouso das ações necessárias para um touchdown bem-sucedido.

Suas medições também mostraram que os pássaros são capazes de reposicionar suas garras de uma protuberância ou cova agarrável para outra em apenas 1 a 2 milissegundos. (Para comparação, leva cerca de 100 a 400 milissegundos para um ser humano piscar.)

Pássaros e bots

Os laboratórios de Cutkosky e Lentink já começaram a caracterizar como os papagaios decolam de diferentes superfícies. Combinado com seu trabalho anterior explorando como os papagaios navegam em seu ambiente, o grupo espera que as descobertas possam levar a robôs voadores mais ágeis.

"Se pudermos aplicar tudo o que aprendemos, podemos desenvolver robôs bimodais que podem fazer a transição de e para o ar em uma ampla gama de ambientes diferentes e aumentar a versatilidade dos robôs aéreos que temos hoje, "Chin disse.

Para esse fim, Roderick está trabalhando no projeto de mecanismos que imitariam a forma e a física de agarrar dos pássaros.

"Uma aplicação deste trabalho que me interessa é ter robôs empoleirados que podem atuar como uma equipe de minúsculos cientistas que fazem gravações, autonomamente, para pesquisa de campo em florestas ou selvas, "Roderick disse." Eu realmente gosto de tirar os fundamentos da engenharia e aplicá-los a novos campos para empurrar os limites do que foi alcançado anteriormente e do que é conhecido. "