Este drone foi projetado para bater em paredes sem cair
Inspirado nas asas de pássaros e insetos, o FlexiQuad absorve impactos, atravessa aberturas estreitas e pode ajudar em operações de resgate
À primeira vista, o FlexiQuad parece um pequeno drone. Até que você o vê se chocando contra uma árvore. Um drone convencional bateria no tronco e cairia no chão. Este ricocheteia e continua voando tranquilamente.
O segredo desse truque está em seu design: uma estrutura em forma de anel oco, feita de materiais flexíveis. Essa é sua grande vantagem. Ao atingir uma parede, o anel se deforma, absorve a força do impacto e volta à posição original. À medida que a estrutura se estabiliza, o drone continua no ar.
Desenvolvido pelo engenheiro Luca Girardi e por Stefano Mintchev, ex-professor do Laboratório de Robótica Ambiental da ETH Zurique, o drone foi inspirado na maneira como as asas de pássaros e insetos se dobram em algumas direções, mas não em outras.
As asas cedem em determinadas direções, mas também conseguem permanecer rígidas em outras. Os engenheiros chamam essa propriedade de "rigidez anisotrópica": a resistência de um material ou de uma estrutura à deformação, que varia de acordo com a direção da força aplicada.
"A chave foi repensar onde fica o peso e também onde a estrutura se dobra", afirma Girardi. "Um corpo central pesado, sustentado por braços flexíveis, pode provocar flexões e oscilações."
O anel do FlexiQuad consegue se deformar lateralmente, justamente na direção em que a força de uma colisão o empurra. Ao mesmo tempo, mantém a rigidez vertical, permitindo que as hélices sustentem todo o corpo do drone sem oscilações ou deformações.
RICOCHETE NAS PAREDES
A flexibilidade dos materiais utilizados no drone também foi fundamental para o projeto. Se fosse flexível demais, as hélices poderiam se chocar durante manobras bruscas, quando o anel se deforma. Se fosse rígido demais, voltaria a ser um drone sujeito a quebras.
Os pesquisadores descobriram que a faixa ideal de flexibilidade coincide com a rigidez encontrada nas asas de animais reais, uma característica que funciona desde insetos minúsculos até pássaros de grande porte. A abordagem pode ser aplicada a drones que pesam menos de 28 gramas até modelos com três quilos.
De acordo com a pesquisa de Girardi e Mintchev, o projeto é quatro vezes mais resistente a colisões do que o de um drone convencional. Nos testes, o FlexiQuad suportou impactos frontais a 18 km/h sem sofrer danos.
Os projetistas descobriram outra vantagem do corpo flexível: ele consegue se achatar o suficiente para atravessar uma abertura com apenas 70% de sua largura normal. Em um dos testes, passou por uma abertura de cerca de 18 centímetros.
Essa capacidade de se comprimir também pode funcionar como uma espécie de garra. Em outro teste, o drone envolveu uma bolsa flexível de primeiros socorros, transportou-a e a colocou no chão. Em uma demonstração diferente, conseguiu levantar uma carga mais pesada do que ele próprio.
A flexibilidade também facilita o transporte. Basta abrir o anel e deixá-lo plano para acomodá-lo em uma mala de tamanho médio. Montá-lo novamente é simples, graças às baterias de encaixe deslizante e aos fechos de liberação rápida.
Os inventores do FlexiQuad afirmam que sua fabricação será barata. A estrutura é formada por quatro tiras finas de laminado de fibra de vidro – o mesmo material de baixo custo usado na fabricação de placas de circuito impresso. O custo total da matéria-prima é inferior a US$ 15, sem contar motores, componentes eletrônicos e baterias.
MANOBRAS EM ESPAÇOS APERTADOS
Ainda existem alguns problemas a superar. O drone precisa aprender a perceber o ambiente ao redor e navegar de forma autônoma. Além disso, depois de uma colisão, as oscilações do corpo podem deixar borradas as imagens captadas pela câmera.
Os projetistas afirmam que já utilizaram aprendizado por reforço para dar ao FlexiQuad um reflexo baseado em inteligência artificial. Com o auxílio de sensores de movimento, o sistema permite que o drone se estabilize depois de uma colisão e retome o voo sem qualquer intervenção do piloto.
O FlexiQuad ainda precisa se tornar uma realidade comercial. A equipe está trabalhando para levá-lo ao mercado por meio de uma startup que, em vez de se limitar à venda do drone, automatiza o desenvolvimento rápido de projetos de drones e integra esse processo diretamente aos fornecedores.
Os pesquisadores enfrentam os obstáculos habituais para transformar um protótipo em produto comercial: ampliar a fabricação mantendo margens positivas e garantir que os clientes estejam dispostos a pagar o preço resultante.
Uma aplicação imediata poderia ser testada na guerra da Ucrânia: capturar drones kamikaze e aeronaves não autorizadas. Girardi afirma que a equipe está prestes a iniciar um programa piloto em campo com uma versão maior, equipada com uma rede no centro do anel oco para capturar drones não autorizados em áreas civis.
"Nesses locais, não é possível recorrer à interceptação cinética, pois os destroços poderiam cair sobre pessoas ou infraestruturas sensíveis."
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Outra aplicação possível, graças à capacidade de agarrar objetos, é o trabalho de busca e resgate. A equipe já está explorando essa possibilidade em parceria com bombeiros.
