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Protótipos orgânicos

Inspiradas em aves e elefantes

Objetivo de novas máquinas é economizar energia em todas as frentes possíveis

instituto fraunhoferRecriando a natureza: gaivotas mecânicasinstituto fraunhofer

O designer Rainer Mugrauer segura com as duas mãos a barriga de uma gaivota cinza de dois metros de envergadura e um de comprimento. Ele a ergue acima de sua cabeça e com um leve impulso a solta no ar. A ave decola, bate as asas e dá duas voltas sobre o auditório da Festo, empresa de automação situada em Esslinger, cidade vizinha a Stuttgart, sudoeste da Alemanha. Depois a gaivota volta às suas mãos, fecha as asas e se aquieta. É uma ave mecânica, o SmartBird, movida com uma bateria pouco maior que a de um celular. E esta é a primeira vez que o voo de uma ave é decodificado e um protótipo decola com autonomia. Várias empresas estão construindo máquinas inspiradas em animais para reduzir o consumo de energia, melhorando design, materiais e métodos de fabricação.

Nesta manhã de 10 de outubro, cerca de 20 pessoas, a maioria jornalistas estrangeiros, observam o Smartbird. Não é um grande público, comparado com o que assistiu ao primeiro voo dessa ave, em abril de 2011, em uma feira de tecnologia na Alemanha. Em julho, centenas de pessoas aplaudiram de pé a ave voando sobre o auditório da filial da organização não governamental Technology, Entertainment, Design (TED) em Edimburgo, Escócia. No céu de um parque da cidade, a ave mecânica atraiu dezenas de gaivotas que se puseram a voar perto dela (veja vídeo do protótipo voando).

O SmartBird impressiona pela elegância e simplicidade. Feito de fibra de carbono, pesa 450 gramas. Mugrauer tira a cabeça e mostra os fios e as engrenagens que movem as asas. Alguns sensores alertam para objetos próximos durante o voo. “Somos os primeiros a decodificar o voo de uma ave”, celebra o engenheiro Heinrich Frontzek, chefe da comunicação corporativa da empresa. Segundo ele, um físico de uma empresa aeronáutica, Wolfgang Send, tinha decifrado teoricamente o voo de uma gaivota, mas não havia encontrado quem se dispusesse a construir uma ave capaz de voar com autonomia.

Antes deles, outros planejaram objetos parecidos. O engenheiro e artista italiano Leonardo da Vinci projetou em 1485 sua ave de madeira, que não saiu do papel. O engenheiro alemão Otto Lilienthal construiu planadores rudimentares e fez cerca de 2 mil voos; em um deles, em 9 de agosto de 1896, Lilienthal caiu de uma altura de 17 metros, quebrou a coluna e morreu no dia seguinte.

Em abril de 2006, pesquisadores da Universidade de Toronto, no Canadá, lançaram o ornitóptero, um planador cujas asas se movem como as das aves. Em outubro de 2010, engenheiros da Universidade da Califórnia em Berkeley, Estados Unidos, apresentaram um inseto mecânico de 10 centímetros de comprimento e 25 gramas com o propósito de detalhar a evolução do voo das aves, como descrito em um artigo publicado em outubro na revista Bioinspiration and Biomimetics.

UC Berkeley e FestoZoo high tech: inseto dos Estados Unidos e tromba articulada da AlemanhaUC Berkeley e Festo

Estímulo à criatividade
A gaivota mecânica representa a nova concepção de produtos que a Festo pretende começar a fabricar o mais breve possível. “Queremos apreender com a natureza, que não desperdiça energia”, diz Frontzek. Outra finalidade é fazer a criatividade voar. Frontzek diz que está incentivando os engenheiros alemães a deixar caminhos já trilhados e pensar com mais liberdade – e assegura que está conseguindo. Ao menos, já têm coisas novas para mostrar, como as garras e os braços mecânicos flexíveis, inspirados na tromba de elefante, capaz de segurar uma maçã sem despedaçá-la. Nos últimos quatro anos os engenheiros dessa empresa construíram pinguins, medusas e raias mecânicas, que têm servido para inspirar novos equipamentos de automação, como válvulas, sensores e sistemas de tratamento de ar comprimido com maior eficiência energética.

Em outubro, uma aranha robô com uma câmera, desenvolvida no Instituto Fraunhofer, em Berlim, deu seus primeiros passos publicamente em uma feira de tecnologia em Frankfurt realizada entre 29 de novembro e 2 de dezembro. Os engenheiros do Fraunhofer acreditam que o inseto mecânico poderia entrar em buracos pequenos, formados pela destruição de casas e prédios, e fornecer imagens que ajudassem a resgatar sobreviventes.

Produzir animais eletrônicos é uma das possibilidades da área chamada biônica ou biomecânica, que inspirou a série de televisão Cyborg, o homem de 6 milhões de dólares, exibida entre 1974 e 1978, e uma coruja no filme Blade Runner – O caçador de androides, de 1982, que confundiu o policial Deckard, representado por Harrison Ford.

Biônica e biomecânica por vezes se confundem com a biomimética, outro nome para os esforços humanos de imitar a natureza e produzir coisas úteis. Foi assim que em 1941 o engenheiro suíço George de Mestral criou o velcro, um tecido com pequenos ganchos usado para prender roupas e calçados, depois de observar as sementes de grama que se prendiam nos pelos de seu cão. Um exemplo mais recente: em 2005, a Mercedes-Benz apresentou um carro conceito chamado Bionic, cuja forma lembra a de um peixe, que deve consumir 20% menos combustível que um modelo equivalente.

“Na química e biologia, já se conhecem processos que, inspirados na fotossíntese, visam a geração limpa de hidrogênio combustível”, observa Maria del Pilar Taboada Sotomayor, professora do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista (Unesp) em Araraquara, que trabalha nessa área. “Na área de desenvolvimento de dipositivos sensores para monitoramento de diversos tipos de compostos de interesse clínico e ambiental, a substituição das enzimas tem sido bastante estudada, através da substituição dos compostos biológicos por catalisadores que imitam satisfatoriamente a catálise biológica.”

Festo Engenheiro fazendo arte: a gaivota que nasceu animal terminou mecânicaFesto

Economia de energia
Os animais mecânicos parecem brinquedos, mas quase sempre há um problema que deveriam ajudar a resolver. Frontzek conta que ele próprio propôs à equipe de pesquisa e desenvolvimento da Festo a possibilidade de fazer braços flexíveis como a tromba de um elefante como forma de reduzir os acidentes causados pelos braços rígidos dos robôs industriais. A equipe se convenceu e trabalhou durante três anos, em colaboração com outras empresas e universidades, até chegar ao protótipo exposto publicamente. Frontzek ressalta: o objetivo não é fabricar aves ou braços parecidos com trombas, mas aproveitar o conhecimento adquirido para construir máquinas mais eficientes e de menor consumo de energia. “Como em um carro conceitual, o importante não é o carro em si, mas a tecnologia dentro dele.” Com vendas anuais próximas a € 1,8 bilhão (R$ 4,3 bilhões), a Festo investe anualmente cerca de € 150 milhões (R$ 360 milhões) em pesquisa e desenvolvimento de novos produtos.

A prioridade agora é reduzir o consumo de energia onde for possível e, com o mesmo objetivo, rever os processos de produção e reduzir o peso das máquinas que fabricam. Segundo Nico Pastewski, gerente de inovação, um projeto em colaboração com outras empresas já permitiu a redução de 20% no consumo de energia em máquinas a ar comprimido desde 2007. “Podemos economizar com medidas simples.” Outra mudança desejada é fazer com que as máquinas, hoje controladas por um mecanismo central, sejam autocontroladas, ou, de outro modo, funcionem de modo descentralizado, como a ave mecânica.

Uma parte difícil do trabalho é vencer as resistências – não dos materiais, mas das pessoas. Por essa razão, Peter Post, chefe de programas estratégicos de pesquisa, considera fundamental o diálogo aberto entre as equipes internas e externas que participam de um trabalho. “Precisamos ter mentes abertas”, aconselha. “Não pense que os outros estão querendo roubar suas ideias.” Mesmo equipes afinadas nem sempre encontram soluções para os problemas da produção, por exemplo, de baterias, que ainda necessitam de materiais tóxicos. “Não temos ideias brilhantes para solucionar as baterias”, ele reconhece. “Sorry.”

Os espetáculos da Festo lembram o estilo de Thomas Edison, inventor e empresário dos Estados Unidos que reunia especialistas de áreas diferentes – físicos, engenheiros e advogados – e lhes dava os materiais e a liberdade de que precisavam para trabalhar. Edison anunciava suas invenções – como a lâmpada elétrica incandescente, o gramofone e dezenas de outras – antes mesmo de estarem prontas, para preparar os consumidores para as novidades. “Um provérbio alemão diz: faça coisas positivas e fale sobre elas”, comenta Eberhard Veit, presidente do comitê de gestão da Festo. Logo na entrada da empresa, um carrinho passeia sobre a grama e distrai os visitantes. Na verdade, é um cortador de grama, movido a ar comprimido.

O jornalista viajou a convite do Serviço Alemão de Intercâmbio Acadêmico (DAAD)

Artigo científico
PETERSON, K. et al. A wing assisted running robot and implications for avian flight evolution. Bioinspiration and Biomimetics. out. 2011.

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