Insetos robóticos, como o Entomopter desenvolvido no Georgia Institute of Technology, poderia nos dar uma visão sem precedentes do nosso mundo. Foto cedida por GTRI / Stanley Leary Nosso país está em guerra em um território desconhecido, e uma batalha está prestes a começar. As tropas terrestres inimigas estão se posicionando para formar um ataque ao nosso exército, localizado a apenas 2 milhas (3,2 km) de distância. Contudo, o inimigo não sabe que cada movimento seu está sendo monitorado por insetos robóticos equipados com câmeras minúsculas, voando acima. Esses minúsculos panfletos robóticos, chamado micro veículos aéreos (MAVs), será capaz de zunir sobre o território inimigo quase despercebido pelas tropas inimigas abaixo. Poucos olhariam duas vezes para esses robôs voadores do tamanho de uma moeda de dez centavos.
O Departamento de Defesa dos EUA está gastando milhões de dólares para desenvolver esses MAVs. Eles são a maneira perfeita de manter os soldados fora de perigo durante as missões de reconhecimento. Hoje, reunir reconhecimento durante a batalha normalmente envolve colocar pequenas equipes de soldados ou grandes aeronaves em perigo. Ao mesmo tempo, as imagens de satélite não podem ser acessadas imediatamente por um soldado em terra.
A Defense Advance Research Projects Agency (DARPA) está financiando várias equipes de pesquisa para desenvolver MAVs não maiores que 6 polegadas (15 cm) de comprimento, largura e altura. Essas minúsculas aeronaves serão uma ordem de magnitude menor do que qualquer veículo aéreo não tripulado (UAV) desenvolvido até o momento. Uma classe desses MAVs está sendo projetada para imitar os movimentos de vôo de certos insetos, incluindo moscas, abelhas e libélulas. Neste artigo, vamos nos concentrar nesses MAVs semelhantes a insetos. Você vai aprender como as moscas voam, como as máquinas podem ser construídas para imitar seus movimentos e onde esses minúsculos dispositivos aéreos serão implantados.
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Um modelo de um inseto voador micromecânico sentado na palma da mão de um pesquisador de Berkeley Foto cedida por Jason Spingarn-Koff As moscas têm muito a nos ensinar sobre aviação que não se pode aprender estudando aeronaves de asa fixa. Por anos, pouco se sabia sobre a mecânica do vôo dos insetos, no entanto, eles são o grupo de aviadores mais antigo do mundo, as vezes chamado jatos de combate da natureza . Você pode ter ouvido falar sobre como os zangões não podem voar de acordo com a aerodinâmica convencional. Isso porque os princípios por trás do vôo dos insetos são muito diferentes daqueles por trás do vôo dos aviões de asa fixa.
"Os engenheiros dizem que podem provar que uma abelha não pode voar, " disse Michael Dickinson , um biólogo da Universidade da Califórnia, Berkeley. "E se você aplicar a teoria das aeronaves de asa fixa aos insetos, você calcula que eles não podem voar. Você tem que usar algo diferente. "
Dickinson faz parte do Projeto Micromechanical Flying Insect (MFI), que está desenvolvendo pequenos robôs voadores usando os princípios de vôo dos insetos. O projeto está em cooperação com a DARPA. O Projeto MFI está propondo um inseto robótico com cerca de 10 a 25 milímetros (0,39 a 0,98 polegadas) de largura, que é muito menor do que o limite de tamanho da DARPA de 6 polegadas (15 cm), e usará asas batendo para voar. O objetivo do projeto é recriar o vôo de uma mosca varejeira.
Se você ler o artigo Como funcionam os aviões, você sabe que os aviões geram sustentação devido ao ar viajar mais rápido por cima da asa do que ao longo de sua parte inferior. Isso é chamado aerodinâmica de estado estacionário . O mesmo princípio não pode ser aplicado a moscas ou abelhas, porque suas asas estão em movimento constante.
"Ao contrário das aeronaves de asa fixa com seus estáveis, dinâmica de fluxo quase invíscida (sem viscosidade), insetos voam em um mar de vórtices, rodeado por minúsculos redemoinhos e redemoinhos que são criados quando movem suas asas, " disse Z. Jane Wang , um físico da Faculdade de Engenharia da Universidade Cornell. Um redemoinho é um redemoinho de ar que é criado pela asa, e o ar no redemoinho está fluindo na direção oposta da corrente principal de ar.
Os vórtices criados pelas asas dos insetos os mantêm no ar. O grupo de Dickinson descreve estes três princípios para explicar como os insetos ganham sustentação e permanecem no ar:
"Seria muito bacana se pudéssemos explorar esses mecanismos, também, construindo um robô inseto. Mas você não pode construí-los agora com base em princípios conhecidos - você deve repensar fundamentalmente o problema, "Dickinson disse. Na próxima seção, você aprenderá como os pesquisadores estão pegando esses princípios e aplicando-os à criação de insetos voadores robóticos.
Existem pelo menos dois projetos MAV financiados pela DARPA que foram inspirados pelos princípios do voo dos insetos. Enquanto Michael Dickinson está criando o inseto voador micromecânico em Berkeley, Robert Michelson , um engenheiro de pesquisa no Instituto de Tecnologia da Geórgia, está trabalhando no Entomopter . Vamos dar uma olhada em ambos os projetos.
Em julho de 2000, o Escritório de Patentes dos Estados Unidos concedeu uma patente à Georgia Tech Research Corporation para a invenção do Entomopter de Michelson, também chamado de inseto eletromecânico multimodal . O Entomopter está sendo projetado para possíveis operações internas, de acordo com a Patente U.S. Número 6, 082, 671. Ele imitará a luta de um inseto batendo as asas para gerar sustentação. Além disso, os pesquisadores estão estudando maneiras de o Entomopter navegar pelos corredores e sistemas de ventilação e rastejar por baixo das portas.
Vejamos as partes básicas do Entomopter:
O Entomopter é alimentado por uma reação química. Um monopropelente é injetado no corpo, causando uma reação química que libera um gás. A pressão do gás que se acumula empurra um pistão na fuselagem. Este pistão é conectado às asas acopladas de forma articulada, fazendo com que batam rapidamente. Parte do gás é exaurido pelas aberturas na asa e pode ser usado para alterar a sustentação em qualquer asa para que o veículo possa virar. Atualmente, o Entomopter tem uma envergadura de 10 polegadas (25 cm). "A próxima etapa é reduzir o dispositivo RCM ao tamanho do bug, "disse Michelson.
Em um veículo do tamanho de uma mosca doméstica, cada parte deve executar várias tarefas. Por exemplo, uma antena de rádio fixada na parte traseira do veículo também pode atuar como um estabilizador para navegação. As pernas podem armazenar combustível para ajuste do peso e equilíbrio do veículo durante o vôo.
Um conceito artístico do inseto voador micromecânico concluído, sendo desenvolvido em Berkeley Foto cedida por R.Fearing / UC-Berkeley O governo dos EUA também investiu US $ 2,5 milhões no projeto de Berkeley para desenvolver um inseto robótico do tamanho de uma mosca doméstica comum. O primeiro grande passo para conseguir isso inseto voador micromecânico (MFI) no ar estava o desenvolvimento de Robofly , que deu aos pesquisadores uma visão importante sobre os mecanismos de voo dos insetos.
Para construir a IMF, pesquisadores realizaram experimentos para aprender como as moscas voam. Um dos experimentos envolveu a construção de um par de asas robóticas de 10 polegadas (25 cm), chamado Robofly , que foi feito de Plexiglass e modelado a partir das asas de uma mosca da fruta. As asas foram imersas em um tanque de óleo mineral, o que os força a reagir como se fossem menores, Asas da mosca-das-frutas com 1 milímetro de comprimento batendo rapidamente no ar. Seis motores - três em cada asa - moviam as asas para frente e para trás, para cima e para baixo e em um movimento giratório. Sensores foram acoplados para medir a força das asas.
Eventualmente, o Robofly será reduzido a uma mosca microrobótica de aço inoxidável com 10 a 25 milímetros (0,4 a 1 polegada) de largura e pesando cerca de 43 miligramas (0,002 onças). As asas serão feitas de um filme fino de Mylar. A energia solar irá operar um piezoelétrico atuador que vai empurrar as asas para bater. O tórax do robô transformará as deflexões do atuador piezoelétrico no grande movimento da asa e na rotação necessária para atingir o vôo.
Embora o robô ainda não voe, foi relatado que aproximadamente 90% da força necessária para o levantamento foi alcançada experimentalmente com um totalmente operacional, estrutura de duas asas. O próximo passo será adicionar uma unidade de controle de vôo e uma unidade de comunicação para controle remoto. Os pesquisadores afirmam que estão trabalhando para permitir a flutuação controlada por meio de sensor óptico e um giroscópio a bordo.
O conceito artístico de uma equipe de Entomópteros explorando Marte Foto cedida por Robert Michelson Considerando a quantidade de dinheiro que os militares dos EUA estão injetando em projetos de MAV (micro veículos aéreos), é provável que o primeiro uso desses insetos robóticos seja como moscas espiãs. A DARPA prevê uma mosca espiã que poderia ser usada para missões de reconhecimento e controlada por soldados no solo. Este pequeno veículo voador não apenas retransmitiria imagens de movimentos de tropas, mas também pode ser usado para detectar produtos biológicos, armas químicas ou nucleares. Adicionalmente, o inseto robótico seria capaz de pousar em um veículo inimigo e colocar uma etiqueta eletrônica nele para que pudesse ser visado com mais facilidade.
Em um relatório de 1997 da DARPA sobre o desenvolvimento de MAVs, os autores escreveram que os avanços nas microtecnologias, Incluindo sistemas microeletromecânicos (MEMS), logo tornaria as moscas espiãs uma ideia viável. Ele apontou que microssistemas, como câmeras de matriz CCD, minúsculos sensores infravermelhos e detectores de substâncias perigosas do tamanho de um chip estão sendo feitos pequenos o suficiente para se integrar à arquitetura de uma mosca espiã.
Os militares gostariam de um VAM que tenha um alcance de aproximadamente 6,2 milhas (10 km), voa de dia ou de noite e pode permanecer no ar por aproximadamente uma hora. Funcionários da DARPA dizem que a velocidade ideal para um VAM é de 35,4 a 72,4 km / h (22 a 45 mph). Seria controlado a partir de uma estação terrestre, que empregaria antenas direcionais e manteria contato contínuo com o MAV.
As moscas robóticas também podem ser adequadas como uma nova geração de exploradores interplanetários. O Georgia Tech Research Institute (GTRI) recebeu financiamento do Instituto de Conceitos Avançados da NASA (NIAC) para estudar a ideia de usar o Entomopter como um topógrafo voador de Marte. Em março de 2001, A NASA financiou a segunda fase do estudo em antecipação às futuras micromissões de Marte.
Os entomópteros oferecem várias vantagens sobre os topógrafos maiores. Eles seriam capazes de pousar, decolar, pairar e realizar manobras mais difíceis em vôo. Sua capacidade de rastejar e voar também lhes dá uma vantagem na exploração de outros planetas. Provavelmente, A NASA enviaria dezenas desses veículos de vigilância para explorar outros planetas. O desenvolvedor do Entomopter, Rob Michelson, disse que a versão de Marte do Entomopter teria que ser dimensionada para ter uma envergadura de cerca de 1 metro para voar na fina atmosfera de Marte.
Os pesquisadores dizem que esses minúsculos robôs voadores também seriam valiosos após desastres naturais, como terremotos, tornados ou deslizamentos de terra. Seu pequeno tamanho e capacidade de voar e pairar os tornam úteis para procurar pessoas soterradas pelos escombros. Eles podem voar entre fendas que humanos e máquinas maiores são incapazes de navegar. Outros usos incluem monitoramento de tráfego, vigilância de fronteira, pesquisas de vida selvagem, inspeção de linhas de força e fotografia aérea imobiliária.
As moscas espiãs são outro exemplo de como a tecnologia está ajudando os humanos a realizar tarefas perigosas, permitindo que os humanos fiquem fora de perigo. Reconhecimento militar, procurar as vítimas do terremoto e viajar para outros mundos são atividades perigosas - microrrobôs voadores nos permitiriam realizar essas tarefas sem realmente estar lá.
