Se vocêjá espantou um mosquito para longe de seu rosto, apenas para vaª-lo retornar novamente (e novamente e novamente), vocêsabe que os insetos podem ser incrivelmente acroba¡ticos e resistentes durante o voo. Essas caracteri­sticas os ajudam a navegar no mundo aanãreo, com todas as rajadas de vento, obsta¡culos e incertezas gerais. Essas caracteri­sticas também são difa­ceis de construir em robôs voadores, mas o professor assistente do MIT Kevin Yufeng Chen construiu um sistema que se aproxima da agilidade dos insetos.

Chen, membro do Departamento de Engenharia Elanãtrica e Ciência da Computação e do Laborata³rio de Pesquisa de Eletra´nica, desenvolveu drones do tamanho de insetos com destreza e resiliencia sem precedentes. Os robôs aanãreos são movidos por uma nova classe de atuadores suaves, que lhes permite resistir a s dificuldades físicas do voo no mundo real. Chen espera que os robôs possam um dia ajudar os humanos polinizando plantações ou realizando inspeções de ma¡quinas em Espaços apertados.

O trabalho de Chen foi publicado este maªs na revista IEEE Transactions on Robotics . Seus co-autores incluem Zhijian Ren, estudante de PhD do MIT, Siyi Xu, estudante de PhD da Universidade de Harvard, e o roboticista Pakpong Chirarattananon da City University of Hong Kong.

Normalmente, os drones requerem grandes Espaços abertos porque não são a¡geis o suficiente para navegar em Espaços confinados nem robustos o suficiente para resistir a colisaµes em uma multida£o. “Se olharmos para a maioria dos drones hoje, eles geralmente são muito grandes”, diz Chen. “A maioria de suas aplicações envolve voar ao ar livre. A questãoanã: vocêpode criar robôs em escala de inseto que podem se mover em Espaços muito complexos e desordenados? ”

De acordo com Chen, “O desafio de construir pequenos robôs aanãreos éimenso”. Os drones do tamanho de uma tonelada requerem uma construção fundamentalmente diferente dos maiores. Drones grandes geralmente são movidos por motores, mas os motores perdem eficiência a  medida que vocêos encolhe. Portanto, diz Chen, para robôs semelhantes a insetos "vocêprecisa procurar alternativas".

A principal alternativa atéagora tem sido o emprego de um atuador pequeno e ra­gido construa­do com materiais cera¢micos piezoelanãtricos. Embora a cera¢mica piezoelanãtrica tenha permitido que a primeira geração de pequenos robôs levantasse voo , eles são bastante fra¡geis. E isso éum problema quando vocêestãoconstruindo um roba´ para imitar um inseto - as abelhas forrageiras sofrem uma colisão uma vez a cada segundo.

Chen projetou um pequeno drone mais resistente usando atuadores macios em vez de ra­gidos e fra¡geis. Os atuadores macios são feitos de cilindros de borracha finos revestidos com nanotubos de carbono. Quando a voltagem éaplicada aos nanotubos de carbono, eles produzem uma força eletrosta¡tica que comprime e alonga o cilindro de borracha. O alongamento e a contração repetidos fazem com que as asas do drone batam - rápido.

Os atuadores de Chen podem bater quase 500 vezes por segundo, dando ao drone uma resistência semelhante a  de um inseto. “Vocaª pode acerta¡-lo quando ele estãovoando e ele pode se recuperar”, diz Chen. “Ele também pode fazer manobras agressivas como cambalhotas no ar.” E pesa apenas 0,6 grama, aproximadamente a massa de uma grande abelha. O drone se parece um pouco com uma pequena fita cassete com asas, embora Chen esteja trabalhando em um novo prota³tipo em forma de libanãlula.

“Alcana§ar o voo com um roba´ em escala de centa­metros ésempre um feito impressionante”, diz Farrell Helbling, professor assistente de engenharia elanãtrica e de computação na Universidade Cornell, que não esteve envolvido na pesquisa. “Por causa da conformidade inerente dos atuadores macios, o roba´ pode correr com segurança em obsta¡culos sem inibir muito o voo. Esse recurso éadequado para voos em ambientes desordenados e dina¢micos e pode ser muito útil para qualquer número de aplicações do mundo real. ”

Helbling acrescenta que um passo fundamental em direção a essas aplicações serádesvincular os robôs de uma fonte de alimentação com fio, que atualmente éexigida pela alta tensão operacional dos atuadores. “Estou animado para ver como os autores reduzira£o a tensão de operação para que um dia possam alcana§ar voos sem amarras em ambientes do mundo real.”

Construir robôs semelhantes a insetos pode fornecer uma janela para a biologia e a física do voo dos insetos, uma antiga via de investigação para os pesquisadores. O trabalho de Chen aborda essas questões por meio de uma espanãcie de engenharia reversa. “Se vocêquer aprender como os insetos voam, émuito instrutivo construir um modelo de roba´ em escala”, diz ele. “Vocaª pode perturbar algumas coisas e ver como isso afeta a cinema¡tica ou como as forças do fluido mudam. Isso ajudara¡ vocêa entender como essas coisas voam. ” Mas Chen pretende fazer mais do que adicionar aos livros dida¡ticos de entomologia. Seus drones também podem ser aºteis na indústria e na agricultura.

Chen diz que seus mini-trapezistas podiam navegar por maquina¡rios complexos para garantir a segurança e funcionalidade. “Pense na inspeção de um motor de turbina. Vocaª gostaria que um drone se movesse [um espaço fechado] com uma pequena ca¢mera para verificar se hárachaduras nas placas da turbina. ”

Outras aplicações potenciais incluem a polinização artificial de plantações ou a realização de missaµes de busca e resgate após um desastre. “Todas essas coisas podem ser muito desafiadoras para os robôs de grande escala existentes”, diz Chen. a€s vezes, maior não émelhor.