Cientistas estudam voo de beija-flor para projetar robôs para guerra de drones

À primeira vista, beija-flores zumbindo de flor em flor e sorvendo néctar provavelmente não parecem ser modelos para instrumentos de guerra.

Mas esses pequenos pássaros são acrobatas aéreos incomparáveis, avançando instantaneamente para frente e para trás, mergulhando rapidamente e planando de volta para cima, inclinando, rolando e até voando de cabeça para baixo. Suas sofisticadas habilidades de voo chamam a atenção dos projetistas de robôs, sobretudo daqueles que estudam o uso de drones na guerra moderna.

"Beija-flores são os melhores voadores que existem", disse o professor de biologia Bret Tobalske, diretor do Laboratório de Voo da Universidade de Montana. "Eles são extremos em sua fisiologia e desempenho de voo. São incrivelmente manobráveis, capazes de pairar indefinidamente."

À medida que veículos sem tripulação tomaram conta dos céus em conflitos, os beija-flores se tornaram o foco de novas pesquisas.

O Laboratório de Voo, acostumado a estudar a ecologia, evolução e biomecânica do voo das aves, faz parte de um esforço, financiado em grande parte por dólares de defesa dos Estados Unidos, para construir um beija-flor robótico melhor. Imitar essas aves —um fenômeno conhecido como tecnologia bioinspirada— é considerado o Santo Graal para os fabricantes de robôs voadores.

"Um beija-flor real pode voar em círculos ao redor de beija-flores robóticos", disse Tobalske. "Eles também podem voar em círculos ao redor de aves reais."

Já foram construídos robôs beija-flores —o mais notável é o NanoHummingbird, da empresa privada AeroVironment, com financiamento da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa—, porém eles têm inúmeras limitações.

"Nenhum desses robôs pode voar rapidamente para a frente", afirmou o professor de biomimética David Letink, da Universidade de Groningen, na Holanda, que estudou e construiu robôs voadores por décadas. "Isso só pode ser feito por robôs maiores."

O design de aeronaves há muito tempo é inspirado no voo de aves.

E vários laboratórios de voo estudam diferentes tipos de criaturas — mariposas-pavão, libélulas, morcegos e beija-flores— para examinar os segredos de suas habilidades de voo. Grande parte do trabalho é financiada por agências de defesa, com o objetivo de usar o conhecimento para projetar aeronaves melhores.

O trabalho no Laboratório de Voo em Montana é financiado pelo Escritório de Pesquisa Naval, parte do Departamento de Defesa, sob um contrato de pouco mais de US$ 660 mil (R$ 3,8 milhões), parte de US$ 2 milhões (R$ 11,7 milhões) ao longo de sete anos alocados para estudar as aves. O Departamento de Defesa não respondeu aos pedidos de comentário.

Um robô baseado em um beija-flor provavelmente não seria utilizado para carregar armas, mas para patrulhar ruas, espionar movimentos de tropas inimigas ou ser enviado para procurar soldados feridos em lugares aonde humanos não podem ir, como dentro de um prédio desabado ou de um túnel.

As asas de muitos beija-flores batem cerca de 50 vezes por segundo, o maior número entre todas as aves; em contraste, as de um pombo batem nove vezes por segundo. Os corações dos beija-flores, do tamanho de uma ervilha, batem 1.200 vezes por minuto quando o pássaro está ativo. Os corações humanos batem de 60 a 100 vezes por minuto.

As pequenas aves também são fortes. "Os beija-flores têm mais potência por grama do que qualquer outro vertebrado", disse Tobalske.

Os pesquisadores estão concentrados no beija-flor-calíope, que pesa menos que dois clipes de papel. A cada outono, o pássaro percorre um caminho migratório arriscado através de vento, chuva e neve do noroeste do Pacífico até o sul do México.

Muito sobre a ecologia dos beija-flores é um mistério, em grande parte porque eles são pequenos demais para receberem dispositivos de rastreamento. Mas sabe-se, segundo Tobalske, que eles passam três meses viajando para o sul e outros três para o norte.

Os pesquisadores também estudam o beija-flor-ruivo e o beija-flor-de-garganta-preta.

Existem quase 370 espécies de beija-flores no mundo, encontradas apenas na América do Norte e do Sul. Quando exploradores espanhóis viajaram pela América do Sul pela primeira vez, eles ficaram encantados com os pássaros que apelidaram de joias voadoras.

Apesar do tempo e do financiamento investidos para tentar entender completamente a complexa dinâmica do voo dos beija-flores, uma compreensão detalhada ainda permanece difícil de ser obtida.

Uma década atrás, pesquisadores levaram um laboratório móvel para a Amazônia peruana, para a Costa Rica e para os Andes equatorianos. Eles estudaram 200 beija-flores e rastrearam 330 mil manobras em seu habitat natural.

Paolo Segre, professor assistente na Universidade de Wisconsin, Green Bay, e Roslyn Dakin, professora associada na Universidade Carleton, dividiram as manobras em três categorias: inclinação para cima e para baixo; aceleração e frenagem; e curvas complexas e acentuadas.

Uma de suas descobertas, de forma contraintuitiva, foi que beija-flores maiores podem manobrar com mais facilidade do que pássaros menores porque têm mais massa muscular e uma asa maior em proporção aos seus corpos.

Um aspecto do estudo de como os pássaros voam envolve a medição da velocidade do ar, pressão e viscosidade que fluem ao redor das asas e sustentam o voo. As equações que explicam esse fenômeno são tão complexas que levam semanas para um supercomputador desenvolver um modelo das forças aerodinâmicas.

Os corpos dos pássaros, especialmente as asas e as caudas, transformam-se repetidamente e passam por inúmeras mudanças enquanto voam.

Essa complexidade é difícil de replicar. Para os designers de robôs, "o maior desafio é mudar a forma da asa e da cauda como um pássaro faz", segundo Letink.

"Isso não foi resolvido pelos engenheiros", disse ele. "Fazer a forma da asa mudar como você vê em um pássaro, não apenas o movimento de varredura, mas o movimento de torção e a dobragem, fazer tudo isso é super difícil para um engenheiro."

Outro grande obstáculo para replicar o voo de um beija-flor está na adaptação singular da ave ao vento, ou tolerância a rajadas.

"Gostamos de voar nossos drones em dias calmos porque eles não gostam de vento", disse Moble Benedict, que constrói robôs na Universidade do Texas A&M baseados no tipo de pesquisa que o laboratório Tobalske faz. "É exatamente o oposto com os pássaros. Você vê mais no céu em dias ventosos. Eles não estão tentando lutar contra os ventos, estão voando com o vento."

Isso é importante porque, conforme o clima esquenta, a turbulência também aumenta.

Desenvolver um robô beija-flor que voe como um de verdade é possível, mas ainda está longe, de acordo com os especialistas.

"Acho que, no final das contas, sim [é possível]", disse Tobalske. Realizar essa proeza exigiria um comprometimento considerável de tempo e financiamento substancial, segundo ele, mesmo assim poderia levar uma década ou duas.