Mecânica

Quadricópteros em queda controlada fazem voos em Zero G
A equipe precisou desenvolver rotores variáveis para conseguir lidar com as instabilidades geradas pelo voo de gravidade zero. [Imagem: Juan-Pablo Afman et al. (2016)]

Zero G

A realização de experimentos em microgravidade é tão importante que justificou a construção da Estação Espacial Internacional. Além disso, centenas de foguetes de sondagem são lançados todos os anos à fronteira do espaço em busca de poucos minutos de "ausência de gravidade".

Mas poucos conseguem pagar a conta dessas opções tradicionais, o que faz com que muitos experimentos não sejam realizados, ou sejam realizados fora das condições ideais.

Sabendo disso, Juan-Pablo Afman, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA, teve uma ideia: usar quadricópteros autônomos - controlados por software - para criar condições de Zero G a uma fração do custo dos foguetes.

Queda descontrolada

A ideia original era simples demais para ser verdade: fazer o quadricóptero subir até uma altitude determinada e depois deixá-lo cair o máximo possível, recuperando o controle antes que ele se esborrachasse no chão.

Não deu certo: a resistência do ar é suficiente para evitar que se atinja qualquer coisa parecida com Zero G. Além disso, os efeitos aerodinâmicos das hélices paradas durante a queda geram instabilidades tão fortes que fica difícil recuperar o controle do drone quando os motores são religados.

Depois de alguns "resultados catastróficos", como a equipe descreveu seus primeiros experimentos, eles descobriram que o plano fixo dos rotores dos quadricópteros convencionais não consegue produzir a forças necessárias para acelerar a aeronave para baixo, até atingir o Zero G, e nem para estabilizar o drone quando é necessário sair da queda livre.

Quadricópteros em queda controlada fazem voos em Zero G
Obedecendo à legislação, o quadricóptero fornece até 5 segundos de gravidade zero. [Imagem: Juan-Pablo Afman et al. (2016)]

Rotor móvel

Para resolver o problema, a equipe projetou e construiu rotores móveis, que permitem gerar empuxo suficiente e lidar com as instabilidades.

Um programa de computador fica responsável pelo controle, permitindo obter um ambiente de ausência de gravidade de até 5 segundos obedecendo a toda a legislação federal - nos EUA, os drones só podem subir a até 120 metros e não podem pesar mais do que 25 quilogramas.

Em sua versão final, que a equipe espera ter pronta até o fim do ano, será possível traçar trajetórias com diferentes características, de forma a obter sessões com durações precisas em Zero G para experimentos específicos.

A expectativa é que o sistema completo custe por volta de US$25.000, embora a equipe não tenha anunciado ainda como pretende comercializar o equipamento.

Bibliografia:

On the Design and Optimization of an Autonomous Microgravity Enabling Aerial Robot
Juan-Pablo Afman, John Franklin, Mark L. Mote, Thomas Gurriet, Eric Feron
https://arxiv.org/abs/1611.07650




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