Um peixe-leão nada contra a corrente, sua cauda se movendo como um pêndulo em câmera lenta. Mas esse peixe não é como seus equivalentes de sangue frio. É um robô e, em vez de correr sangue em suas veias, circula um líquido denso em energia para alimentar suas baterias e empurrar suas nadadeiras.
O robô, descrito ontem na revista Nature, pode ser o primeiro passo para abordar dois grandes obstáculos na robótica – poder e controle – com uma solução. E graças ao líquido energético que bombeia através do seu sistema pseudo-vascular, este robô pode ser um pouco mais parecido conosco.
Os robôs normalmente não funcionam da mesma maneira que as coisas vivas. Em vez de uma intricada rede de peças multifuncionais, os robôs tendem a ser feitos de componentes isolados, cada um com uma única finalidade, explica o engenheiro mecânico Robert Shepherd, da Cornell University, principal investigador do novo estudo. Por exemplo, eles podem ter um sistema para endereçar energia e outro para controlar o movimento, o que nem sempre é eficiente. Em contraste, o sistema circulatório humano é multifuncional: bombeia o sangue por todo o corpo e, ao fazê-lo, ajuda a regular a temperatura do corpo e transporta as células para combater as infecções.
Existem exemplos de sistemas circulatórios na natureza que são ainda mais eficientes do que os nossos. Na verdade, a inspiração inicial de Shepherd para o peixe robô não veio de um nadador. Em vez disso, ele era fascinado pelo maçarico-de-cauda-de-barra, um pássaro migratório que ele chama de “super atleta”. A ave pode voar por uma semana sem parar, mas primeiro dobra seu peso em gordura para se preparar para o voo.
“Isso realmente me deu a ideia de que você pode adicionar energia a um animal de forma multifuncional – isolando e armazenando energia e distribuindo-a de forma eficiente”, diz Shepherd. “Se você comparar isso com nossas baterias [em robôs], elas geralmente não desempenham outra função além de fornecer energia e adicionar peso.”
Com isso em mente, Shepherd imaginou se haveria uma maneira de fazer com que as baterias nos robôs administrassem com sucesso a potência e o controle. Muitos robôs já bombeiam fluidos hidráulicos, como água, através de seus sistemas para aplicar força que move algumas de suas partes. Se eles pudessem substituir um fluido hidráulico típico por um que armazenasse energia, o fluido poderia fazer mais do que apenas facilitar o movimento mecânico. O uso de um sistema hidráulico multifuncional também pode economizar energia a longo prazo, já que os robôs tradicionais com baterias sólidas geralmente precisam de baterias adicionais para operação de longo prazo, o que aumenta o peso e reduz o desempenho.
Shepherd e sua equipe, que solicitaram uma patente de seu projeto, usaram o que chamamos de baterias de fluxo redox de iodeto de zinco, que contêm uma solução de eletrólito líquido que atua como uma reserva de energia. O líquido rico em energia contribui para reações químicas que carregam a bateria, além de funcionar como um fluido hidráulico que circula pelo peixe-leão e move suas barbatanas. Para permitir o movimento, as aletas são feitas de eletrodos flexíveis e uma pele macia de silicone. O bombeamento do fluido hidráulico para um lado da aleta da cauda infla a pele e faz com que a aleta se dobre em torno das seções centrais mais rígidas em direção ao outro lado. Inverter a direção do fluido inclina a nadadeira para o outro lado, permitindo que os peixes nadem enquanto o fluido oscilar. As barbatanas peitorais também são alimentadas pelo fluido.
Colocando o peixe-leão em um tanque de água salgada, a equipe observou que o robô poderia nadar com sucesso contra uma corrente. Em experimentos, eles deixam o robô nadar por até duas horas, mas calcularam que ele poderia operar teoricamente por até 36 horas. Eles também estimaram que o desempenho energético do robô era cerca de três a quatro vezes melhor do que um projeto tradicional usando um fluido hidráulico normal como a água.
Shepherd explica que o uso multifuncional de baterias sólidas não é novo. Por exemplo, as baterias de uma empilhadeira atuam como uma fonte de energia, ao mesmo tempo em que proporcionam peso para estabilizar a máquina durante o trabalho pesado. Mas o uso diversificado de baterias líquidas não foi explorado até agora. “Agora que a ideia está aí”, diz Shepherd, “esperamos que, quando as pessoas usarem a hidráulica, possam perguntar: Posso substituir o fluido hidráulico por fluido eletrolítico? Isso faz sentido com o custo de energia versus peso? O fluido será mais denso no meu sistema?”.
“A ideia de usar o líquido como a bateria é realmente incrível”, diz Robert Katzschmann, da ETH Zurich, um roboticista que trabalhou em outros peixes robóticos, mas não esteve envolvido nesta pesquisa. No entanto, Katzschmann mantém preocupações sobre a eficiência da bateria e enfatiza que o conceito pode ser melhor exibido fora da água, onde evitar o peso extra de baterias sólidas torna-se crítico sem a ajuda da flutuabilidade.
“Em teoria, é ótimo, porque você pode fazer um robô que não esteja embaixo d’água”, diz Katzschmann. “Se você quer fazer um robô ambulante, é um pouco mais difícil. E ninguém mostrou um robô totalmente macio que pode voar, então faz sentido mostrá-lo embaixo d’água, mas ainda há muito trabalho a ser feito.”
Shepherd está otimista sobre a melhoria da bateria. Ele enfatiza que a química de sua bateria é segura, mas “não tão densa quanto poderia ser”.
“O desafio é aumentar a densidade de energia enquanto se está seguro”, diz ele. “Nós sabemos onde isso pode ir, mas temos que ir lá com mais cautela.” E como Katzschmann, ele imagina este trabalho contribuindo para futuros robôs em terra, que poderiam ser usados em missões de busca e salvamento. “Fizemos um sistema elástico, então as limitações atuais podem mudar”, acrescenta Shepherd. “Certamente, o futuro é de sistemas híbridos, pelo menos para sistemas terrestres… onde as partes moles são usadas para detecção e sobreposição de atuadores eletromecânicos e fluidos”.
Embora existam muitos avanços a serem feitos no campo da robótica leve, o peixe-leão de Shepherd sugere que, pelo menos até agora, as coisas estão se movendo ao longo da natação.
FONTE / Smithsonian
