Asas robóticas revelam segredos do voo dos pássaros

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Asas robóticas revelam segredos do voo dos pássaros
Uma asa bio-híbrida recém-construída pode levar a novos projetos de drones e revela que o dobramento
das asas é fundamental para o voo eficiente.
Nossos céus estavam cheios de vôo muito antes de aviões, helicópteros e drones. No entanto, as asas
rígidas e as lâminas giratórias de máquinas voadoras feitas pelo homem não se assemelham muito às
asas da natureza.
Uma razão para isso é que a complexidade elegante das asas de pássaros é tão difícil de entender,
muito menos replicar. Agora, os pesquisadores construíram uma asa robótica, combinando penas reais
com estruturas mecânicas, para fazer perguntas fundamentais sobre a dinâmica de voo das aves e
possivelmente orientar o desenvolvimento de uma nova geração de drones.
Projetando uma asa robótica
Apesar de uma longa história de pesquisa de voo de aves, os movimentos complexos, aerodinâmica e
requisitos de energia significam que muitas questões permanecem sem resposta.
A relutância das aves em realizar movimentos precisos repetidos sob condições experimentais torna o
estudo sistemático desafiador. Os pesquisadores estão em grande parte limitados a observar o
movimento natural e não podem interrogar os efeitos das asas em movimento para posições não
naturais para comparar o impacto na potência ou na aerodinâmica.
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A asa robótica detalhada em um artigo na Advanced Intelligent Systems
[https://doi.org/10.1002/aisy.202200148] supera essas barreiras para fornecer uma plataforma sem
precedentes para a investigação.
Tais modelos anteriores tendem a imitar as asas de insetos, com estruturas não dobradas e altas
frequências de bater, ou simplificar a estrutura das asas até agora para ser apenas uma representação
básica. Esta estrutura é equipada com penas de voo reais da jackdaw e articulações articuladas para
permitir bater, arremesso e dobrar simultâneos.
“Construímos uma asa robótica que pode bater mais como um pássaro do que os robôs anteriores, mas
também bater de jeito que os pássaros não podem fazer. Ao medir o desempenho da asa em nosso
túnel de vento, estudamos como diferentes maneiras de alcançar a escavação de asa afetam a força e a
energia em voo”, disse Christoffer Johansson, pesquisador de biologia da Universidade de Lund.
Estudar o movimento da asa
Observando a asa em um túnel de vento, os pesquisadores investigaram os efeitos aerodinâmicos de
diferentes movimentos das asas, particularmente com foco no agracituro. Eles observaram o rastro
causado pelo movimento das asas usando a velocimetria de imagem de partículas, que visualiza o fluxo
e o movimento do ar.
“A nova asa robótica pode ser usada para responder a perguntas sobre o voo de pássaros que seriam
impossíveis simplesmente observando pássaros voadores”, explicou Johansson. “Pesquisas sobre a
capacidade de voo das aves vivas são limitadas ao movimento de bater que o pássaro realmente usa.”
A configuração experimental de testes de túnel de vento e estrutura
de vigília
Com esta ferramenta, eles descobriram que dobrar as asas durante o golpe de pressão ajuda as aves a
voar de forma mais eficiente, pois o arrasto é reduzido à medida que a asa é levantada, e a elevação é
maximizada quando puxa para baixo. Eles também descobriram que a inclinação do curso da asa é
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importante para forçar a geração – outra sutileza que contribui para a eficiência elegante e milenar do
voo natural.
Drones desmando
Investigar a mecânica e a dinâmica do voo pode nos ajudar a entender melhor o movimento, o
comportamento e a biologia das aves, o que pode ser importante para a mudança do comportamento
migratório em resposta às mudanças climáticas. Mas também há uma aplicação potencial na tecnologia.
Melhorias no design de drones estão sendo constantemente procuradas, em particular para melhorar a
eficiência e o voo de baixa velocidade. Os drones são considerados há muito tempo, mas nunca foram
realizados com sucesso.
“Os drones de tapa-casos poderiam ser usados para entregas, mas eles precisariam ser eficientes o
suficiente e capazes de levantar o peso extra que isso implica”, concluiu Johansson. “Como as asas se
movem são de grande importância para o desempenho, então é aí que nossa pesquisa pode ser útil.”
A asa artificial da equipe é um passo em direção a uma melhor compreensão da dinâmica das asas,
embora possa demorar um pouco até que os drones desldaonem.
Referência: Christoffer Johansson, et al., Ala robótica das aves explica as vantagens aerodinâmicas do
dobramento da asa e da inclinação em voo deflapping, sistemas inteligentes avançados (2022). DOI:
10.1002/aisy.202200148
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202200148