Tecnologia de roda “extraterrestre” que se adapta em tempo real

Inspirados na tensão superficial de uma gota de líquido, os investigadores criaram uma roda ajustável que altera a sua forma em tempo real, enfrentando facilmente superfícies irregulares e obstáculos altos. Isto abre a porta ao desenvolvimento de cadeiras de rodas ou robots móveis que podem atravessar melhor os terrenos difíceis. Este é um nível visto na ficção científica!

Afinal, ainda se pode reinventar a roda

Componentes essenciais de carros, camiões e bicicletas, as rodas são tão omnipresentes que muitas vezes as tomamos por garantidas. No entanto, no que diz respeito às cadeiras de rodas, o seu fraco desempenho em superfícies irregulares ou com obstáculos significa que as pessoas que se deslocam em cadeira de rodas estão, na sua maioria, confinadas a permanecer “na estrada”. O mesmo acontece com os robots móveis, entre outros exemplos.

Agora, um grupo de investigadores coreanos reinventou, literalmente, a roda, desenvolvendo uma roda ajustável que muda de forma em tempo real para ultrapassar obstáculos no chão e permitir viajar fora dos caminhos habituais.

Ok, “reinventar a roda” é provavelmente uma hipérbole. Há alguns anos, o gigante dos pneus Hankook colaborou com a Universidade Nacional de Seul e Harvard para criar rodas transformadoras inspiradas no origami.

Muitos anos antes, o estudante Ackeem Ngwenya desenvolveu o seu sistema de rodas “Roadless”, cujo piso se ajustava de estreito a largo com o rodar de um parafuso. E, entre outras coisas, a NASA criou pneus para os seus rovers feitos de uma liga de níquel-titânio que se podia deformar até ao eixo e depois voltar à sua forma original.

Podemos ver, as 3 rodas conforme referidas respetivamente:

O problema colocado por um terreno irregular ou cheio de obstáculos pode ser ultrapassado utilizando um sistema de locomoção com lagartas, um mecanismo especialmente concebido para aumentar a área de superfície da roda. No entanto, um sistema de lagartas está limitado a velocidades relativamente baixas e consome mais energia do que um sistema de rodas devido ao elevado atrito causado pelo maior contacto entre o sistema e o solo.

A utilização de pneus sem ar - ou não pneumáticos - para percorrer terrenos difíceis oferece uma vantagem, nomeadamente porque são resistentes a furos, fugas e rebentamentos. No entanto, a sua rigidez faz com que não sejam muito bons a ultrapassar obstáculos, especialmente os mais altos, porque são menos deformáveis ou menos capazes de se adaptarem ao solo que estão a percorrer.

Inspiração veio da tensão superficial de uma gota de líquido

Assim, inspirados pela tensão superficial de uma gota de líquido, os cientistas criaram uma roda de rigidez variável que pode ultrapassar terrenos acidentados e obstáculos, mantendo as vantagens de uma roda normal que se conduz em terreno plano.

A tensão superficial de um líquido resulta de um desequilíbrio nas forças de atração ou de coesão entre as moléculas. Enquanto que uma molécula no líquido a granel experimenta forças de coesão com outras moléculas em todas as direções, uma molécula à superfície de um líquido apenas experimenta forças de coesão internas.

Numa gota, à medida que a força coesiva das moléculas da superfície aumenta, a força líquida que puxa as moléculas do líquido para dentro também aumenta, resultando na reversão da gota para uma forma circular.

Um aspeto fundamental da roda deformável é a sua “estrutura de cadeia inteligente”, que inclui uma cadeia de blocos à volta do exterior da roda ligados por raios de arame a lados opostos de um cubo central. Ao alterar a distância entre os dois lados do cubo, os investigadores puderam variar o comprimento dos raios e, por conseguinte, a forma da cadeia exterior de blocos.

Aumentar a distância entre o cubo encurtou os raios, forçando o bloco da corrente para dentro e criando uma roda circular para locomoção rápida. Reduzi-la alongou os raios de arame e soltou o bloco da corrente, permitindo-lhe deformar-se e atravessar os obstáculos que encontrava.

Os investigadores testaram a sua roda adaptável numa cadeira de rodas de duas rodas e num veículo de quatro rodas e descobriram que cada um deles se podia adaptar e conduzir sobre grandes degraus e rochas de forma irregular 1,2 vezes superiores ao raio da roda.

O vídeo acima demonstra como o sistema de cadeira de rodas de duas rodas, que pesava 120 kg, cobre facilmente terrenos irregulares e relvados - embora a extrema inclinação para a frente da cadeira faça com que se preocupe com a segurança do seu eventual ocupante. Os investigadores não disponibilizaram um vídeo do veículo de quatro rodas em ação, mas as imagens estão abaixo.