Em um novo estudo, cientistas descobriram que besouros rinocerontes usam mecanismos passivos para abrir e retrair asas em vez de músculos. As descobertas os inspiraram a projetar um novo microrrobô, demonstrando uma abordagem simples, mas eficaz, para o design de micromáquinas voadoras semelhantes a insetos.
Pássaros, morcegos e abelhas usam músculos distintos para abrir e retrair suas asas. Insetos menores, dado o menor espaço disponível, podem ser diferentes e os cientistas ainda estão debatendo se eles realmente usam músculos para dar energia às suas asas. Besouros mostram um exemplo complexo de mecanismo de voo, tendo um par de asas anteriores rígidas, chamadas élitros, e um par de asas posteriores dobráveis e membranosas: em repouso, as asas posteriores são dobradas sob a capa protetora dos élitros; antes da decolagem, os élitros se abrem completamente e liberam as asas posteriores que são abertas de forma semelhante a um origami.
Apesar de pesquisas recentes sobre as asas traseiras dos besouros, estudos não conseguiram elucidar como elas são movidas. Agora, cientistas liderados por Dario Floreano na EPFL revelaram pela primeira vez que as asas traseiras dos besouros são passivamente implantadas e retraídas. Usando uma combinação de câmeras de alta velocidade e testes em modelos robóticos, eles mostram que as asas traseiras alavancam os élitros para implantar e retrair enquanto o bater força as asas a se desdobrarem. As descobertas podem ser úteis para projetar novos microrrobôs que podem voar em espaços confinados. pesquisadores já usaram o conhecimento recém-adquirido para testar um microrrobô que bate asas e explora um mecanismo passivo semelhante para decolar, voar e pousar. A pesquisa foi publicada na Nature.
“Ao contrário da suposição de que cada movimento requer um mecanismo dedicado, este estudo mostra que a evolução natural alavanca sinergias de controle e interações físicas para reduzir a complexidade, economizar energia e ganhar resiliência”, diz Dario Floreano, diretor do Laboratório de Sistemas Inteligentes da EPFL. Pesquisas anteriores exploraram extensivamente a dobra em formato de origami das asas traseiras dos besouros, assumindo que os músculos torácicos impulsionam sua implantação e retração. “O principal desafio foi demonstrar que os músculos não estão envolvidos no processo de implantação das asas nas bases das asas traseiras dos besouros”, diz Hoang-Vu Phan, um pós-doutorado no grupo de Floreano e primeiro autor da publicação.
pesquisadores abordaram o problema ancorando a cabeça traseira de um besouro rinoceronte, Allomirina dicotoma, para um dispositivo elétrico e capturando o movimento de suas asas com três câmeras sincronizadas de alta velocidade (capazes de uma taxa de quadros de 2.000 quadros por segundo). As imagens mostram que, assim que os élitros se abrem, eles desencadeiam a liberação parcial das asas posteriores do corpo. Em um segundo momento, o besouro começa a bater as asas e isso induz a elevação da base das asas posteriores e o desdobramento total das asas. Os pesquisadores sugerem que, em vez de músculos, a energia pré-carregada nos élitros induz uma liberação semelhante a uma mola das asas posteriores, enquanto a implantação completa das asas pode ser impulsionada pela força centrífuga do bater.
Para provar que não há músculos envolvidos, os cientistas removeram cuidadosamente uma asa traseira do besouro e a prenderam a uma manivela de um mecanismo de batimento personalizado, que também permite movimento de elevação livre. Ao ativar o batimento da asa traseira a cerca de 38 batimentos de asa por segundo, semelhante ao do besouro rinoceronte, os cientistas observaram os mesmos processos de elevação e desdobramento dos insetos.
Câmeras de alta velocidade também mostraram como, após o voo, os élitros empurravam as asas para trás para descansar. Como, ao remover um lado dos élitros, a asa posterior permanecia aberta e não conseguia se retrair, os cientistas sugerem que os élitros, e não os músculos, causam a retração das asas.
“Essas descobertas aumentam nossa compreensão das estratégias de locomoção em insetos e nos deixam um passo mais perto de implementá-las no design de microrrobôs voadores de pequena escala, tornando-os ainda mais parecidos com insetos”, diz Hoang-Vu Phan. Os cientistas já traduziram o princípio do mecanismo passivo em um novo microrrobô de 18 gramas. Nele, um motor ativa o batimento e a implantação passiva de asas de 20 cm de largura, permitindo a decolagem e o voo estável. Ao desligar o batimento, o robô rapidamente retrai as asas contra o corpo ao pousar, sem precisar de atuadores adicionais. “Esses robôs são uma atualização dos robôs de batimento existentes que mantêm suas asas fixas em uma configuração totalmente estendida; eles podem ser particularmente úteis em espaços desorganizados e confinados”, acrescenta Hoang-Vu Phan.
Referências
Phan, HV., Park, HC & Floreano, D. Implantação e retração passiva de asas em besouros e microrrobôs que batem asas.
Natureza (2024). https://doi.org/10.1038/s41586’024 -07755-9