Cientistas que buscavam entender a mecânica do voo dos pássaros construíram o PigeonBot, um robô feito de 40 penas de pombo (e alguns outros componentes).
Enquanto os aviões manobram alterando os elementos de suas asas, os pássaros podem transformar o formato de suas asas inteiras para mergulhar, inclinar-se e planar no ar, aumentando sua eficiência e agilidade. Este novo estudo sobre asas de pombo não apenas forneceu um modelo mais simples de como as asas de pássaros funcionam, como também permitiu que os engenheiros integrassem esse conhecimento em uma máquina voadora ágil. Os pesquisadores esperam que o PigeonBot forneça uma inspiração para quem constrói máquinas voadoras e para quem estuda pássaros.
“Você pode simplesmente usar o cadáver de um pássaro, e há muitos nos museus, para desenvolver um robô sem prejudicar nenhum animal para estudar seu voo”, disse ao Gizmodo David Lentink, autor correspondente do estudo e professor assistente de engenharia mecânica.
“Eu comecei com apenas uma pergunta: Como penas individuais trabalham juntas?” disse Laura Matloff, estudante de graduação da Universidade de Stanford. Matloff tem se interessado por animais há muito tempo, tendo voluntariado em um hospital de vida selvagem quando criança, e queria incorporar o conhecimento da biologia na engenharia. Ela liderou um dos estudos que mediu cadáveres de pombos usando sistemas de captura de movimento, medindo como as penas se moviam à medida que eles manipulavam os ossos.
Os engenheiros aeroespaciais já imaginaram uma aeronave baseada em asas de pombo, na qual os pilotos podiam controlar cada pena individual. Mas, na realidade, a verdadeira asa de pombo operava de forma muito mais simples. As medições da equipe permitiram criar um modelo de voo de pombo que manipulava apenas duas variáveis: o ângulo da asa geral e o ângulo da articulação do dedo no meio da asa. Um tendão flexível, como um elástico, altera o ângulo de todas as penas em conjunto.
Mas como as penas ficam juntas mesmo com o ar que passa por elas? Os scanners de micro-TC e um microscópio eletrônico lançam mais luz sobre a função do rico sistema microscópico de farpas e ganchos que é ativado quando as asas são abertas, como um velcro aviário. Eles mediram como esse “velcro direcional”, como o chamaram, resistia a altos níveis de força em um túnel de vento. Eles publicaram seus resultados na revista Science.
Os interesses de infância de Eric Chang, estudante de Stanford, atraíram-no para criaturas voadoras, como pássaros, morcegos e insetos, e ele ingressou em uma equipe de competição de design de pequenas aeronaves como estudante de graduação. Ele usou seu conhecimento para desenvolver a pesquisa de Matloff e, em geral, duas décadas de conhecimento sobre robôs inspirados em pássaros. A equipe colocou 40 penas de pombo reais em um esqueleto artificial que poderia se mover em dois lugares, na base e na articulação dos dedos, com elásticos controlando o ângulo das penas, recriando o que os pesquisadores viram nos estudos com cadáveres. Eles o combinaram com uma hélice, cauda e leme artificiais, controladores e sensores e o testaram em um túnel de vento e ao ar livre usando um controle remoto. Eles publicaram sua pesquisa na Science Robotics.
A equipe sentiu um alívio quando finalmente conseguiu fazer o robô voar. “Lembro-me do primeiro dia em que ele voou, depois que pousamos com sucesso e ele estava inteiro, caí naquele chão”, disse Chang. “Foi esse sentimento de ‘oh meu Deus, realmente funcionou, e eu posso respirar mais fácil agora’”.
O PigeonBot evita o instinto de engenharia aeroespacial de articular todas as peças da máquina voadora, em favor de um modelo mais simples que voa com facilidade.
Lentink viu várias aplicações para a pesquisa. Talvez, uma empresa poderia usar suas medidas para desenvolver um novo tipo de velcro, e o modelo é uma outra maneira para engenheiros aeroespaciais considerarem um modelo mais simples de voo. Mas ele não está tão interessado em aplicações quanto em pesquisa e ensino. Ele imaginou um cenário em que os museus pudessem estudar melhor o voo de pássaros criando robôs baseados em espécimes já existentes em suas coleções. A equipe incluiu medições comparando as forças que a pena velcro poderia suportar em espécies como o pássaro-rei de Cassin, a águia e o condor da Califórnia, em perigo de extinção.
“Você pode recriar um condor de maneira robótica para entender seu comportamento de voo e usar esse insight para ajudar as espécies”, disse ele.
(Além disso, para aqueles que se preocupam com a possibilidade de pássaros serem drones do governo, este estudo demonstra que os engenheiros ainda não sabem ao certo como os pássaros voam. Mas talvez você possa começar a se preocupar agora.)
Os pesquisadores planejam continuar seus estudos sobre o robô para explorar ainda mais a função direcional de velcro e realizar mais medições para melhorar ainda mais o PigeonBot.