À medida que continuamos a investigar o impacto que as mudanças climáticas têm sobre o meio ambiente, o boom da robótica tornou essa tarefa menos dispendiosa e trabalhosa. Graças, especialmente, aos robôs voadores ou drones, os dados podem ser coletados em regiões ou ecossistemas de difícil acesso que podem ser facilmente perturbados por equipes de cientistas que chegam para no local investigações.
Isso inclui florestas naturais, que são um dos maiores sumidouros de carbono do mundo e, portanto, importantes na redução do dióxido de carbono, um dos principais gases de efeito estufa e impulsionador da mudança climática.
No entanto, ainda existem limitações para o uso de drones inteligentes de alto nível para fins de monitoramento ambiental. Pelo menos algumas partes desses robôs devem ser feitas de eletrônicos baseados em silício, e isso requer que seções do drone sejam recuperadas após um mau funcionamento ou perda de controle. Além disso, o mau funcionamento do drone pode resultar no depósito de materiais nocivos e não degradáveis em ecossistemas vulneráveis, ameaçando um equilíbrio delicado.
Uma máquina voadora biodegradável
A novo papel publicado na revista Sistemas Inteligentes Avançados propõe um robô voador transitório que consiste principalmente de materiais biodegradáveis e de origem biológica.
“Neste exemplo específico, a estrutura, assim como os sensores ambientais impressos, são totalmente degradáveis. A maioria dos componentes do drone pode ser deixada no ambiente direcionado para monitoramento e missões unidirecionais são habilitadas”, disse Fabian Wiesemüller, do Laboratório de Robótica de Sustentabilidade, Empa — Laboratórios Federais Suíços para Ciência e Tecnologia de Materiais, que liderou o estudo com colega Mirko Kovac. “Além disso, os materiais de base biológica usados geralmente têm uma pegada ambiental menor e tornam o dispositivo mais sustentável”.
O drone voador pode ser liberado para coletar e relatar dados de florestas naturais e, assim que sua missão for concluída, ou em caso de mau funcionamento, ele pode pousar no chão da floresta, onde se decompõe inofensivamente. Isso ocorre porque os “ingredientes” do drone são amido simples, ágar-ágar e gelatina misturados com alguns resíduos de madeira.
A equipe de Wiesemüller e Kovac do Sustainability Robotics Lab pretende usar os dados dos drones inteligentes para monitorar a condição das florestas e seu equilíbrio biológico e químico.
Um planador do tamanho da palma da mão
O drone tem uma envergadura de aproximadamente 420 mm e é uma asa voadora sem cauda, com uma hélice voltada para trás que se assemelha a um planador do tamanho da palma da mão. O que é realmente empolgante nessa máquina voadora é o fato de suas asas serem feitas de amido de batata convencional ou ágar combinado com celulose finamente moída de resíduos de madeira.
Os componentes são misturados e depois liofilizados, o que os transforma em uma espuma rígida, mas leve, que pode ser moldada em forma de asa. Para reforçar a asa, um papel eletrônico de rugosidade ultrabaixa foi colado ao núcleo da asa.
“Embora a celulose seja o polímero mais abundante na Terra, suas propriedades mecânicas e sustentabilidade inerente o tornam um candidato ideal para o projeto de robôs transitórios”, disse Wiesemüller. “Ao misturá-lo com os outros três biopolímeros, foram desenvolvidas espumas leves de base biológica e de alta porosidade totalmente biodegradáveis.
“Após a análise mecânica de várias composições, verificou-se que a celulose e a gelatina apresentam as melhores propriedades, maximizando a rigidez específica e a resistência específica”, continuou.
A essa estrutura, a equipe anexou uma pele sensorizada feita de sensores de negro de fumo impressos a jato de tinta em celulose segundo Wiesemüller, sendo esse componente também biodegradável.
“Uma impressora a jato de tinta de mesa comercial foi usada com tinta à base de negro de fumo. A tinta foi depositada em papel eletrônico de baixa rugosidade e as amostras foram secas usando uma almofada aquecida”, continuaram os cientistas. “Os sensores impressos resultantes são de baixo custo e seu design pode ser alterado rapidamente devido à abordagem de fabricação flexível.”
Até agora, apenas uma seção do drone não se decompõe no chão da floresta, mas os cientistas garantiram que esse elemento causará o menor dano possível ao meio ambiente.
“A seção da fuselagem carrega uma caixa eletrônica, que contém os componentes não degradáveis, como o link de dados e o controlador de vôo, e funciona como uma caixa de colisão reduzindo o risco de contaminação do meio ambiente”, destacou Wiesemüller.
Como funciona o drone decadente?
A equipe por trás do drone disse que uma vez que ele pousa no chão da floresta no final de sua vida útil, uma “corrida contra o tempo” começa. À medida que a pele sensorizada da máquina mede a temperatura, a natureza começa a trabalhar para decompô-la.
Quando a equipe testou o drone em condições de laboratório, descobriu que os organismos do solo decompunham a maior parte das asas após apenas 14 dias. A pele sensora começou a desmoronar mais duas semanas depois disso, com o processo de decomposição permitindo que os componentes do drone voltassem para a natureza. Isso apenas deixa para trás os componentes eletrônicos tradicionais em seu invólucro, como uma caixa preta usada por aviões que precisa ser recolhida posteriormente.
O drone da equipe já realizou vários voos de teste durante os quais foi pilotado manualmente e demonstrou sua estabilidade de voo, obtendo transmissão contínua de dados dos sensores incorporados. Wiesemüller acrescentou que a asa voadora tinha alta agilidade e podia sustentar o vôo por até 15 minutos.
O futuro do drone inclui uma atualização de suas capacidades de detecção com a equipe apontando que o sensor de temperatura usado pelo drone é simplesmente um dispositivo inicial de prova de conceito que será atualizado por sensores que também podem determinar a condição das árvores, água e solo em tempo real em toda a zona de desembarque da floresta.
“No próximo passo, queremos incorporar outros sensores transitórios, que possam fornecer mais informações sobre o ambiente. Isso inclui indicadores como umidade relativa, intensidade de UV e níveis de poluentes”, concluiu Wiesemüller. “Além disso, estamos trabalhando para substituir cada vez mais componentes não degradáveis, como a bateria, por componentes eletrônicos transitórios.”
Referências: F. Wiesemüller, et al, Criogéis de biopolímero para drones de ecologia transitóriaSistemas Inteligentes Avançados, DOI: 10.1002/aisy.202300037
Crédito da imagem principal: Yusuf Furkan Kaya
