Robô inspirado em água-viva move-se com a maior eficiência da natureza

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/01/2024

O design é incrivelmente simples, mas também extremamente eficiente.
[Imagem: University of Southampton]

Custo de transporte

Este robô subaquático flexível consegue se movimentar na água no mesmo estilo que o nadador mais eficiente da natureza - a medusa-da-lua (Aurelia aurita), uma espécie de água-viva.

Para comparar a eficiência das espécies em toda a biologia, os cientistas usam um indicador chamado "custo de transporte", definido como a relação entre o consumo de energia e o produto da velocidade e do peso corporal, onde o consumo de energia de um animal é a sua taxa metabólica. Por esta medida, as águas-vivas ou medusas são os animais mais eficientes da natureza, superando facilmente os animais que correm e voam e os peixes ósseos.

"O fascínio por organismos como lulas, águas-vivas e polvos tem crescido enormemente porque eles são únicos, já que a falta de uma estrutura esquelética de suporte não os impede de realizar feitos notáveis na natação," justificou o pesquisador Francesco Serchi, que desenvolveu o novo robô em conjunto com colegas das universidades de Southampton e Edimburgo, no Reino Unido.

Para construir um robô biomimético que conseguisse manter o diferencial de eficiência, a equipe usou o conceito de ressonância, que se refere a grandes vibrações que ocorrem ao aplicar uma força na frequência ideal, como empurrar uma criança em um balanço. Isso permite que o robô use muito pouca energia, mas gere grandes jatos de água para avançar.

O mecanismo simples, mas eficaz, consiste em uma membrana de borracha que envolve oito costelas flexíveis impressas em 3D, que juntas formam um propulsor em formato de sino. Um pequeno pistão na metade superior do robô bate repetidamente neste sino para que ele se expanda e depois volte. Isso imita a técnica de natação de uma água-viva, produzindo jatos de água para impulsionar o robô.

Quando o pistão opera na frequência correta - a ressonância natural dos componentes - o robô se move a uma velocidade impressionante de um comprimento de corpo por segundo, igualando a eficiência da água-viva Aurella aurita.

Esquemas e foto do protótipo.
[Imagem: Thierry Bujard et al. - 10.1126/scirobotics.abd2971]

Eficiência de movimento

Os testes mostraram que o novo robô é de 10 a 50 vezes mais eficiente do que os pequenos veículos subaquáticos movidos por hélices.

Esta maior eficiência, combinada com os benefícios adicionais do exterior macio e flexível do robô, tornam sua arquitetura ideal para operar perto de ambientes sensíveis, como recifes de corais, sítios arqueológicos ou mesmo em águas lotadas de nadadores.

"A grande vantagem de usar a ressonância é que podemos alcançar grandes vibrações do sino propulsor com uma quantidade muito pequena de potência; só precisamos deformá-lo e deixar que a elasticidade e a inércia façam o resto. Isso nos permitiu tirar proveito da eficiência de propulsão usada pelas criaturas marinhas que usam jatos para nadar," disse o professor Gabriel Weymouth.

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