Na natureza, quando um pássaro, inseto ou morcego voa, parece simples e sem esforço. Entender como esses animais geram sustentação e se movem no ar é muito mais complexo. O professor assistente David Lentink lidera um grupo de pesquisadores de pós-graduação da Universidade de Stanford que está usando os sensores de força/torque da ATI para desvendar esse mistério. A equipe inventou a chamada “plataforma de força aerodinâmica” para medir as forças aerodinâmicas durante experimentos de voo livre com pássaros bem treinados. Os experimentos são realizados in vivo, que em latim significa “dentro dos vivos” e indica que o experimento é paralelo ao comportamento que ocorre naturalmente. Notavelmente, o novo método é “sem contato” e permite que o pássaro voe livremente sem ser sobrecarregado por instrumentação de forma alguma, tornando-o excepcionalmente amigável aos animais.
A pesquisa de voo abrange o estudo da estrutura da asa, dos movimentos da asa e de suas interações com o ar. De interesse especial são as forças que os animais geram durante o voo para permanecer no ar e realizar várias manobras. Anteriormente, essas forças precisavam ser medidas indiretamente com base em modelos teóricos e campos de fluxo medidos, ou amarrando os animais a um sistema de detecção. No entanto, as amarras não podem ser usadas para animais de ordem superior, como pássaros, especialmente porque isso prejudicaria seu bem-estar e seu comportamento natural de voo. Cientificamente, uma abordagem de medição de força com amarras não retrata o que realmente acontece quando os animais voam, resultando em uma modelagem enganosa e imprecisa do comportamento de voo. A equipe de Lentink investigou três modelos comumente usados e encontrou alguns resultados decepcionantes. “Todos os três tiveram um desempenho pior do que esperávamos e não previram a elevação de forma confiável, o que mostra que é necessário trabalhar para melhorar os modelos”, relata Diana Chin, estudante de pós-graduação de Stanford.
Plataforma de Força Aerodinâmica (AFP) de Stanford com sensores de força/torque ATI Nano43 montados na parte superior e inferior
Um dos especialistas em voo residentes em Stanford é um papagaio do Pacífico chamado Obi. Como todos os outros pássaros do Lentink Lab, Obi foi treinado usando apenas reforço positivo, para voar quando solicitado. Em experimentos anteriores, Obi voou através de uma folha de laser saturada com pequenas partículas de névoa enquanto usava óculos de proteção a laser personalizados. Os óculos foram projetados pelo ex-aluno de pós-graduação Eric Gutierrez e usados para manter Obi seguro durante o teste de voo. Gutierrez conseguiu reconstruir o campo de fluxo ao redor das asas de Obi registrando o movimento das partículas, em resposta à batida das asas do pássaro, com câmeras de alta velocidade. Ele combinou essas medições do campo de fluxo com modelos aerodinâmicos comumente usados para obter estimativas de força instantânea. Essas estimativas foram então comparadas com medições diretas feitas durante um conjunto separado de voos de papagaios dentro da Plataforma de Força Aerodinâmica. As comparações revelaram a baixa capacidade de previsão dos modelos populares, destacando ainda mais o valor dos métodos de medição direta da força.
Como se sabe muito pouco sobre as forças aerodinâmicas geradas durante o voo, a equipe de pesquisa de Stanford enfrentou uma tarefa assustadora: eles precisavam de uma maneira de capturar forças de elevação pequenas, mas que mudassem dinamicamente, sem o uso de amarras. Era imperativo criar um ambiente mais natural no qual pudessem treinar um animal para voar quando fosse solicitado e observar as forças geradas pelos batimentos de suas asas. Esses objetivos se tornaram o catalisador da Plataforma de Força Aerodinâmica e, por fim, levaram ao desenvolvimento dos novos experimentos in vivo, que mediram diretamente a sustentação gerada por um animal voador pela primeira vez.
A Plataforma de Força Aerodinâmica (AFP) é uma câmara de voo fechada que apresenta os sensores de força/torque Nano43 da ATI montados na parte superior e inferior. Durante os voos na AFP, as batidas das asas criam mudanças de pressão no ar que são traduzidas pelos sensores Nano43 da ATI em medições de força aerodinâmica. Chin indica: “A sensibilidade e a precisão dos sensores Nano43 foram ideais para medir as pequenas forças geradas pelas aves na Plataforma de Força Aerodinâmica, e a rápida taxa de amostragem foi necessária para resolver as forças dentro dos batimentos das asas.” Os sensores ATI F/T fornecem feedback de força de seis eixos diferentes e registram as alterações à medida que elas ocorrem, o que, nesse caso, ocorre em velocidades muito altas. Os resultados desses experimentos oferecem uma visão mais abrangente das alterações dinâmicas de pressão durante o voo, algo que não era possível anteriormente.
A integração dos sensores de força/torque da ATI com a Plataforma de Força Aerodinâmica de Stanford obtém dados mais precisos de cada teste de voo. A AFP é um grande avanço para a equipe e para a pesquisa de voo; a combinação dessa nova tecnologia com experimentos in vivo proporciona uma visão mais profunda da mecânica de voo dos animais. Lentink, Chin, Gutierrez e o restante da equipe tiraram conclusões mais fundamentadas sobre o voo dos pássaros, o que fará avançar a tecnologia de robôs voadores. Com essas técnicas, a equipe desenvolverá robôs biomiméticos que podem ajudar em missões de busca e resgate, realizar vigilância em condições perigosas ou até mesmo entregar suprimentos médicos.
Clique aqui para obter mais informações sobre nossos sensores de força/torque.
Sensor de força/torque de seis eixos modelo Nano43
