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Eletrônica e Informática

09/11/2018 - IPESI INFORMA

Festo usa biônicos para desenvolver novos conhecimentos



A Festo, como parte de suas comemorações de 50 anos de Brasil, apresentou no último dia 26 de outubro, em São Paulo (SP), dois de seus robôs inspirados nos movimentos da natureza - os chamados biônicos. Tais desenvolvimentos aliam o uso da eletrônica para copiar a natureza.

A empresa apresentou o eMotion Butterflies e o Air Jelly. Os eMotion Butterflies são borboletas robóticas, capazes de ativar as asas individualmente, com precisão, rapidamente. Elas têm uma rota de voo pré-programadas, que especifica os percursos a serem percorridos. Caso alguma das borboletas saia da rota, um sistema de câmeras mede a posição real de todas elas à velocidade de 160 vezes por segundo e corrige o erro.

No caso da apresentação no Brasil, um profissional altamente treinado "pilotou" duas borboletas com auxílio de um joystick, porque no local a infraestrutura não permitia a instalação de câmeras. O piloto conta que chegou a pilotar dez borboletas de uma só vez, tanto em ambientes internos como e externos. De acordo com ele, seria recomendável uma distância de segurança de 2 metros entre cada borboleta. "É um trabalho difícil, porque as condições do ar, pressão, temperatura, vento interferem no voo", conta.

Na Festo, os biônicos servem como plataforma pesquisas, cujos resultados podem ou não vir a ser aplicados em produtos comerciais.  As borboletas são de construção ultraleve e podem voar de forma coordenada, sem colidir umas com as outras. Para isso, contam com eletrônica embutida altamente integrada. Elas são capazes de ativar as asas individualmente e com precisão, realizando movimentos rápidos. Para realizar as diversas manobras de voo com confiabilidade e estabilidade, precisam ter comunicação permanente.

A localização exata de cada uma das borboletas em voo é garantida por meio de tecnologias de rádio e sensores embutidos com sistemas de orientação e monitoramento. Uma parte importante (não utilizada na apresentação em São Paulo) do GPS em ambiente fechado é o sistema de câmera, que poderia vir a ser utilizado nas fábricas do futuro. Em condições ideais, dez câmeras são instaladas no espaço interno e gravam as borboletas usando dois marcadores ativos (LEDs infravermelhos). As câmeras transmitem os dados do posicionamento para um computador mestre central, que funciona como um controlador de tráfego e coordena as borboletas do exterior.
Com padrões de rotas de voo bem definidos para não haver colisões, não há necessidade de pilotos, já que rotas pré-programas são armazenadas no computador. Com a ajuda de padrões adicionais de comportamento, as borboletas podem também mover-se de forma autônoma, sem que haja comunicação direta com as borboletas.

Além de desenvolver mais conhecimento no campo das câmeras de alta precisão, monitoramento e gerenciamento, entre outros, a Festo conquista mais conhecimento na área da miniaturização, construção leve e integração funcional. O sistema mecânico é o menor possível e as unidades de energia são muito pequenas e alojadas em espaços ínfimos. Pode-se afirmar que o projeto de engenharia é limitado ao essencial e só se apóia nos pontos necessários para fixar os componentes.

As borboletas consistem de um torso sinterizado a laser, que abriga todas as unidades necessárias. A parte eletrônica, a bateria e dois servomotores são instalados nessa parte. A base da asa é acoplada a cada motor, ao qual tanto a asa dianteira e traseira é presa. A asa traseira é também fixada no torso, usando uma articulação e assim funciona como uma unidade de controle. As asas curvadas usam finas varetas de carbono e são recobertas com um filme capacitor elástico.
A eletrônica embarcada permite aos dois pares de asas ser precisamente ativadas e possuem seu próprio sistema sensor inercial para controlar o comportamento de voo. Usando dois servomotores a amplitude da batida, a velocidade da batida e seu respectivo ponto de reversão podem ser livre e individualmente selecionados.

O sistema como um todo inclui: 10 câmeras infravermelhas, que captam 160 imagens por segundo, com tempo de exposição de 250 microssegundos e um computador central que analisa 3,7 bilhões de pixels por segundo. 

Cada borboleta artificial tem envergadura de 50 cm; pesa 32 g, tem frequência de batida de 1-2Hz;  velocidade de voo de 1-a 2,5m/s; autonomia de voo de 3-4 min; e tempo de recarga de bateria de 15 min.

Os componentes integrados são: 1 microcontrolador ATxmega32E5; 1 microcontrolador 1 ATmega328; 2 servomotores produzidos pela Mark Star Servo-tech Co., Ltd. para ativar as asas; 1 sensor de inércia (unidade de medida de inércia IMU) MPU-9150 com giroscópio, acelerômetro e bússola; 2 módulos de rádio; 2 células LiPo de 7,4 V 90 mAh, e  dois marcadores infravermelhos de LEDs como marcadores ativos.

AiJelly - O segundo robô biônico apresentado é o AirJelly. Inspirado no movimento das águas-vivas, ele desliza pelo ar com o auxílio do seu atuador elétrico central e de um sistema mecânico inteligente. O robô é mantido no ar por um balão com hélio. Sua fonte de energia são duas baterias de polímero de íon-lítio conectadas ao atuador elétrico central.

Possui oito tentáculos adaptativos, que absorvem a força do acionamento elétrico e permitem que a água-viva flutue no ar, usando o princípio do recuo.

BIÔNICOS - Os biônicos são desenvolvidos por um setor de inovação especializado no desenvolvimento de robôs inspirados em animais. Chamado de Bionic Learning Network, reúne biólogos, projetistas, engenheiros, universidades empresas de desenvolvimento e inventores, entre outros. A rede conta com colaboradores externos à empresa, mas o gerenciamento dos grupos de projetos é feito pela Festo, explica José Folha, gerente da Área de Soluções da Festo. 
A EMPRESA - A Festo existe faz 93 anos e atua no Brasil há 50. Empresa familiar global, está presente em 176 países e conta com 20 mil funcionários no mundo. Especializada no fornecimento de tecnologia de automação pneumática e elétrica, tem um rol de 300 mil clientes, de 35 diferentes indústrias.  O faturamento do grupo é da ordem de 3,1 bilhões de euros anuais. A companhia investe 8% de suas receitas em pesquisa e desenvolvimento.

No Brasil fatura cerca de 200 mil euros anuais, conta com 500 colaboradores e aproximadamente 30 mil clientes. Já realizou mais de 53 mil projetos no país. (texto: Franco Tanio/foto: divulgação)

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