Revolucionando a exploração subaquática: o Pleobot da Brown University revela os segredos do oceano

Imagine uma rede sofisticada de robôs autodirigidos interconectados. Eles operam em uníssono, como um intrincado balé aquático, navegando nas profundezas negras do oceano, realizando pesquisas científicas detalhadas e missões de busca e resgate de alto risco. Essa visão futurística está cada vez mais próxima da realidade, graças aos pesquisadores da Brown University, pioneiros no desenvolvimento de um novo tipo de robôs de navegação subaquática. Uma dessas plataformas robóticas, chamada Pleobot, é a estrela de seu estudo recentemente publicado em Relatórios Científicos.

Krill, esses minúsculos crustáceos que servem como uma parte crucial dos ecossistemas marinhos, são nadadores extraordinários com capacidades excepcionais de manobrabilidade, aceleração e curvas. Suas notáveis ​​habilidades atléticas inspiraram os pesquisadores da Brown University a desenvolver o Pleobot – uma plataforma robótica composta de três seções articuladas que imitam o estilo metacrônico de natação característico do krill.

“O Pleobot nos permite resolução e controle incomparáveis ​​para investigar todos os aspectos da natação semelhante à do krill que o ajudam a se destacar nas manobras subaquáticas”, diz Sara Oliveira Santos, candidata a doutorado na Escola de Engenharia de Brown e principal autora do estudo.

A equipe de pesquisa pretende usar o Pleobot como uma ferramenta abrangente para entender a natação semelhante ao krill e aproveitar o potencial de 100 milhões de anos de evolução para projetar robôs melhores para navegação oceânica.

Mecânica do Pleobot: Emulando as Maravilhas da Natação do Krill

O projeto Pleobot é uma colaboração internacional entre a Universidade Brown e a Universidade Nacional Autônoma do México. Juntos, eles estão decifrando os mistérios de como o krill, conhecido como nadador metacrônico, navega por ambientes marinhos complexos e realiza migrações verticais colossais de mais de 1,000 metros duas vezes ao dia — o equivalente a empilhar três edifícios do Empire State Building.

“Temos instantâneos dos mecanismos que eles usam para nadar com eficiência, mas não temos dados abrangentes”, explica Nils Tack, um associado de pós-doutorado no laboratório Wilhelmus da Brown University.

A equipe construiu e programou o Pleobot para emular precisamente os movimentos das pernas do krill e alterar o formato dos apêndices, proporcionando uma compreensão nova e mais aprofundada das interações fluido-estruturais no nível dos apêndices.

Pioneirismo no futuro dos veículos subaquáticos autônomos

De acordo com os pesquisadores, a técnica de natação metacronal permite que o krill manobre notavelmente bem, exibindo uma implantação sequencial de suas pernas de natação em um movimento semelhante a uma onda. Essa característica é algo que eles acreditam que poderia ser incorporado em futuros sistemas de enxame destacáveis. Monica Martinez Wilhelmus, professora assistente de engenharia na Brown University, afirma: “Ser capaz de entender as interações fluido-estrutura no nível do apêndice nos permitirá tomar decisões informadas sobre projetos futuros.

Esses futuros enxames robóticos poderiam mapear os oceanos da Terra, participar de extensas missões de busca e recuperação ou até mesmo explorar os oceanos de luas do nosso sistema solar, como Europa. Wilhelmus acrescenta: "Agregações de krill são um excelente exemplo de enxames na natureza... Este estudo é o ponto de partida do nosso objetivo de pesquisa de longo prazo: desenvolver a próxima geração de veículos autônomos de detecção subaquática."

A importância do design do Pleobot

A construção do Pleobot envolve uma equipe multidisciplinar especializada em mecânica dos fluidos, biologia e mecatrônica. Seus componentes consistem principalmente em peças imprimíveis em 3D, e o design é de código aberto. Os pesquisadores replicaram o movimento de abertura e fechamento das barbatanas birremes do krill, o que se acredita ser uma inovação para uma plataforma desse tipo. O modelo é construído em uma escala dez vezes maior que a do krill, que geralmente tem o tamanho de um clipe de papel, permitindo observações e análises mais precisas.

“No estudo publicado, revelamos a resposta para um dos muitos mecanismos desconhecidos da natação do krill: como ele gera sustentação para não afundar enquanto nada para frente”, diz Oliveira Santos. “Conseguimos descobrir esse mecanismo usando o robô”, acrescenta Yunxing Su, pesquisador de pós-doutorado no laboratório. Eles descobriram que uma região de baixa pressão na parte posterior das pernas que nadam contribui para o aumento da força de sustentação durante a remada de potência das pernas em movimento, uma descoberta crucial para compreender e replicar a eficiência da natação do krill.

O trabalho pioneiro da equipe da Universidade Brown com o Pleobot marca um avanço significativo na busca pelo desenvolvimento da próxima geração de veículos autônomos de detecção subaquática. As possibilidades parecem tão vastas quanto os oceanos que esses robôs pretendem explorar.