Mecânica

Estruturas Inteligentes mais perto da realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/06/2002

A antiga promessa de estruturas inteligentes até agora não se materializou. Estas estruturas poderiam equipar espaçonaves, aviões, automóveis e navios com redes de sensores e atuadores que permitiriam que esses veículos reagissem a alterações do ambiente de forma ativa. Espera-se que as estruturas inteligentes possam revolucionar o design, a construção e o desempenho de todas as formas de transporte hoje utilizadas.

Uma das principais razões para essa longa espera é que os cientistas descobriram que, quando estas redes crescem além de modestos 100 nós, elas se tornam muito complexas para que computadores centrais consigam gerenciá-las. Além disso, o peso, o consumo de energia e o custo tornam-se proibitivos. Em outras palavras, elas não são escaláveis, não podendo crescer além de modestas dimensões.

Mas os recentes avanços nos MEMS ("Micro-ElectroMechanical Systems") e na computação distribuída estão ajudando a ultrapassar estas limitações. A opinião é do professor Kenneth Frampton, professor assistente de engenharia mecânica da Universidade Vanderbilt (Estados Unidos). Ele relatou os últimos resultados de suas pesquisas em uma palestra na reunião anual da Acoustical Society of America, em Pittsburgh, no último dia 6.

A equipe do professor Frampton, que é especialista em vibração e acústica, incorporou estes recentes avanços utilizando um novo enfoque para construir um sistema de redução de vibrações inteligente, medindo 4,5 metros, para equipar a área de carga de um foguete experimental. Atualmente, o alto ruído e vibração no interior de foguetes durante o lançamento elevam substancialmente o custo de fabricação de satélites e outros equipamentos que são enviados ao espaço. Desta forma, um sistema que reduza estes níveis de ruído e vibração, ainda que em pequena escala, poderá reduzir substancialmente estes custos.

Na primeira fase do projeto, a equipe do professor Frampton fez uma detalhada simulação do sistema em computador, simulação esta que mostrou que o sistema poderia atingir um grau de redução de vibração semelhante ao atingido por sistemas centralmente controlados. "O resultado mais importante da simulação é que ela demonstrou que nosso sistema é escalável.", disse Frampton. "Isto significa que poderemos construí-lo tão grande quanto queiramos e ele continuará a funcionar."

No modelo anterior, todos o sensores e atuadores eram conectados a um computador central. O computador recebia as informações de todos os sensores, processava-os e então enviava instruções para todos os atuadores sobre como eles deveriam agir. Com o aumento do número de sensores e atuadores, a quantidade de fiação necessária aumentava dramaticamente. Aumentavam também as diferenças no tempo em que as informações do sensor mais distante e do mais próximo levavam para atingir o computador. Da mesma forma aumentava o tempo para que o atuador mais distante recebesse suas instruções, o que comprometia o funcionamento de todo o sistema.

No enfoque adotado pela equipe do professor Frampton, cada nó consiste em um processador autônomo, simples e com pouca memória, necessária apenas para rodar um programa relativamente simples, necessário para controlar o sensor e o atuador daquele nó. O processador também se comunica com os seus vizinhos mais próximos, de forma que funcionem de maneira coordenada. Embora cada processador tenha muito menor capacidade do que um computador central, ele tem muito menos informações a processar e essa quantidade de informações não aumenta na medida em que o sistema como um todo cresce.

O novo enfoque também é mais tolerante a falhas. Um falha em um computador central significaria a parada de todo o sistema. No sistema distribuído, porém, o conjunto permanece funcionando adequadamente mesmo quando vários processadores apresentam defeitos.

Terminada toda a fase de simulação, a equipe agora está se dedicando à construção de um sistema real de 100 nós para testes em laboratório. Isso irá permitir a avaliação de seu peso e custo.