Dezembro 5, 2022

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Engenheiros de robótica fazem baratas ciborgues, moscas-robô e muito mais

Engenheiros de robótica fazem baratas ciborgues, moscas-robô e muito mais

Inspirados em insetos, engenheiros robóticos criam máquinas que podem auxiliar na busca e resgate, polinizar plantas e detectar vazamentos de gás

(Kenjiro Fukuda / Laboratório de Dispositivos de Filmes Finos RIKEN)

Baratas ciborgues encontram sobreviventes do terremoto. Uma “mosca robô” inala o vazamento de gás. Insetos-relâmpagos voadores que polinizam fazendas no espaço.

Estas não são apenas ideias barulhentas, elas se tornaram uma realidade.

Engenheiros de robótica percorrem o mundo dos insetos em busca de inspiração. Alguns anexam sensores impressos em 3D a grilos de Madagascar vivos, enquanto outros criam insetos totalmente robóticos inspirados na maneira como os insetos se movem e voam.

Robôs pesados ​​são limitados no que podem fazer. Construir robôs menores e mais ágeis, semelhantes à forma como os insetos se movem e trabalham, pode expandir muito as capacidades dos robôs.

“Se pensarmos em trabalhos com insetos que os animais não podem fazer, isso nos inspira a pensar sobre o que robôs menores podem fazer, o que robôs maiores não podem”, disse Kevin Chen, professor assistente de engenharia elétrica do MIT.

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A maioria dos desenvolvimentos está na fase de pesquisa, anos de marketing. Mas eles oferecem soluções tentadoras para uma variedade de indústrias, incluindo resposta a emergências, agricultura e energia.

Especialistas disseram que a pesquisa é rápida por várias razões. Os sensores eletrônicos estão ficando menores e melhores, em grande parte devido à pesquisa de smartwatch. As tecnologias de fabricação evoluíram, facilitando a construção de peças pequenas. A tecnologia de baterias pequenas também está melhorando.

Mas ainda há muitos desafios. Robôs pequenos não podem copiar a carga de trabalho de um robô maior. Embora as baterias sejam melhoradas, elas precisam ser menores e mais potentes. As peças em miniatura que convertem energia em movimento automatizado, chamadas de atuadores, devem se tornar mais eficientes. Os sensores devem ser mais leves.

“Começamos analisando como os insetos resolvem esses problemas e estamos fazendo um progresso significativo”, disse Sawyer B. Fuller, professor assistente que dirige o Laboratório Autônomo de Robótica de Insetos da Universidade de Washington. “Mas há muitas coisas… que ainda não temos.”

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Grande parte da pesquisa em robótica de insetos pode ser dividida em algumas áreas, disseram os pesquisadores. Alguns cientistas estão construindo um robô inteiro para imitar o movimento e o tamanho de insetos reais, como abelhas e vaga-lumes. Outros colocam eletrônicos e controlam insetos vivos, criando essencialmente ciborgues (seres com aspectos orgânicos e mecânicos). Enquanto alguns estão experimentando um híbrido – conectando partes de um inseto vivo, como antenas, a um robô.

Engenheiros robóticos começaram a procurar insetos para inspiração cerca de 10 a 15 anos atrás. Naquela época, apenas alguns laboratórios de pesquisa o estudavam. “Dez anos atrás, eu honestamente acho que soava mais como ficção científica”, disse Chen.

Mas ao longo dos anos, mais pesquisadores entraram no espaço, em grande parte devido aos avanços da tecnologia. Chen acrescentou que grande parte da atividade foi impulsionada por desenvolvimentos em fibras de carbono e lasers, que podem criar “recursos muito interessantes e estruturas complexas” em pequena escala.

Os sensores eletrônicos também melhoraram, em grande parte porque smartphones e smartwatches estimularam pesquisas para fazer peças eletrônicas menores.

“Se você pensar em seu smartphone, há muitos sensores dentro”, disse Chen. “Você pode realmente tirar proveito de muitos desses sensores ou colocar esses sensores em robôs de pequena escala.”

(Vídeo: Kenjiro Fukuda / RIKEN Thin-Film Device Laboratory)

Kenjiro Fukuda, pesquisador do Riken Institute for Thin Devices no Japão, lidera uma equipe que conecta sensores impressos em 3D a grilos de Madagascar. Os sensores funcionam como uma pequena mochila contendo painéis solares para energia; Um sensor de dentes azuis para controle remoto e computadores especializados se conecta ao abdômen da barata e envia pequenos choques para direcioná-la para a esquerda ou para a direita.

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Fukuda imagina essas baratas ciborgues ajudando em emergências, como um terremoto. Ele disse que os sobreviventes podem estar sob os escombros e difíceis de ver a olho nu.

As baratas podem ser controladas remotamente, liberando-as nos escombros usando sensores de dióxido de carbono e câmeras nas costas, ajudando a encontrar pessoas que precisam de resgate.

“Pessoas grandes não podem entrar nos escombros”, disse Fukuda. “Pequenos insetos ou pequenos robôs podem fazer isso.”

Fukuda disse que também poderia aplicar essa abordagem a outros insetos com conchas grandes, como besouros e cigarras. Mas várias melhorias precisam ser feitas no design da bateria e na quantidade de energia que as peças consomem antes que esta solução possa ser implantada na vida real, disse ele.

Quando se trata de ciborgues, nem todo mundo está animado. Jeff Sebo, professor de bioética animal na Universidade de Nova York, disse estar preocupado com o fato de insetos vivos se sentirem controlados por humanos enquanto carregam tecnologia pesada. Ele disse que não está claro se eles sentem dor ou angústia por causa disso, mas isso não significa que os humanos devam ignorá-lo.

“Nós nem falamos sobre seu bem-estar ou seus direitos da boca para fora”, disse ele. “Nós nem mesmo sugerimos que existem leis, políticas ou conselhos de revisão para que possamos tentar incansavelmente minimizar os danos que estamos impondo a eles”.

Chen faz robôs voadores de vaga-lumes. São máquinas totalmente automatizadas que imitam a maneira como os insetos se movem, se comunicam e voam.

Inspirada na maneira como os vaga-lumes usam a eletroluminescência para brilhar e se comunicar na vida real, a equipe de Chen construiu músculos de voo artificiais macios que controlam as asas do robô e emitem luz colorida enquanto ele voa.

Isso pode permitir que um enxame desses robôs se comunique entre si e pode ser usado para polinizar plantações em fazendas verticais ou mesmo no espaço, disse Chen.

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“Se eu quisesse plantar no espaço, [I want] Polinização”, disse ele. “Neste cenário, um robô voador seria muito mais conveniente do que enviar abelhas.”

Fuller disse que olha para os insetos quando faz pequenos robôs porque é muito melhor do que confiar em sua imaginação. “Você vê insetos fazendo coisas malucas que você não seria capaz de fazer em um nível humano”, disse ele. “Estamos apenas observando como os insetos fazem isso.”

(Vídeo: Matt Stone/Universidade de Washington)

(Vídeo: Universidade de Washington)

A equipe de Fuller está trabalhando na construção de uma mosca robótica. Semelhante às baratas ciborgues, as moscas podem ser usadas para missões de busca e resgate. Eles também podem ser liberados para voar e procurar vazamentos químicos no ar ou rachaduras na infraestrutura do duto.

“Você abre uma sacola e essas moscas robóticas voam”, disse ele. “Então, uma vez que você sabe onde está o vazamento, você pode corrigi-lo.”

Fuller disse que reconhece que há um longo caminho a percorrer antes que seus bots possam fazer isso. Seria difícil miniaturizar todos os sensores, fontes de alimentação e peças necessárias para que os robôs transmitissem dados e os enviassem de volta às equipes. Fazer baterias pequenas o suficiente, mas poderosas o suficiente para alimentar trabalhos robóticos é um desafio assustador. Robôs estáveis ​​que podem bater as asas, mas também carregar sensores, exigem mais pesquisas de design.

Apesar das dificuldadesE a Os cientistas também estão trabalhando para pegar partes de um inseto vivo, como as antenas de uma mariposa, e anexá-las a um robô que um dia poderá ler dados dele, disse ele. Ele disse que esse método híbrido pode ser um ótimo lugar para pesquisadores em robótica de insetos.

“Acho que é assim que devemos ir”, acrescentou Fuller. “Pegue as peças da biologia que já estão funcionando bem e faça o resto de forma automatizada.”