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Aranhas são inspiração para um novo padrão de sensores biomiméticos

Mesmo que a tecnologia dos sensores esteja cada vez mais avançada, ela ainda não consegue processar dados tão rapidamente quanto a Natureza. Por esse motivo, cientistas e engenheiros focados no desenvolvimento de drones e carros autônomos têm buscado entender melhor o padrão de resposta que alguns animais acionam na presença de obstáculos. O objetivo é alcançar máquinas que sobrevoem espaços repletos de obstáculos sem se chocar e veículos praticamente à prova de acidentes.

A Natureza, ao longo dos milênios, desenvolveu um refinado mecanismo de filtragem de dados. Ela “entendeu” que não é preciso coletar e processar todos eles, mas apenas os que, de alguma forma, sejam úteis e necessários para uma ação em específico. Os cílios, penas e pelos de alguns animais, por exemplo, funcionam como sensores mecânicos ultrassensíveis que processam apenas as informações essenciais à sobrevivência.

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Os atuais sistemas inteligentes, amplamente utilizados em diversos segmentos do mercado, no entanto, ainda não conseguem filtrar com tamanha perfeição apenas os dados que sejam realmente úteis para uma determinada tomada de decisão. Por isso, acabam sobrecarregados com informações que, muitas vezes, são plenamente descartáveis ou que poderiam ser processadas em uma outra circunstância.

Aranhas: um padrão de resposta altamente eficiente

O pesquisador e professor de Engenharia Mecânica da Purdue University, Andres Arrieta, foca seu trabalho em estudos biomiméticos com aplicação direta no design de estruturas que vão de robôs a asas de aviões.

BiomiméticaEm entrevista concedida ao site da universidade, Andres explica que as aranhas são um dos exemplos mais avançados de sensoriamento otimizado. Elas desenvolveram um mecanismo de sensibilização que oscila em uma determinada faixa de estímulo. Assim, quando uma presa, algum possível parceiro ou mesmo um predador tocam a teia, ela imediatamente tem seus sensores mecânicos ativados e responde ao estímulo, seja para se defender, acasalar ou se alimentar.

O grande diferencial desse padrão de resposta, no entanto, não está na ação tomada propriamente dita, mas nos inúmeros estímulos que intencionalmente não são captados pelos microssensores mecânicos das aranhas, tais como a movimentação da teia pelo vento ou as pequenas partículas de poeira que a atingem constantemente. Esses animais entenderam com a evolução que não é necessário sobrecarregar-se de processamentos inúteis a estímulos que não trariam nenhuma vantagem à sobrevivência da espécie. E, assim, aprenderam a poupar esforços e focar nos “dados” que realmente interessam.

Biomimética: inspiração para um novo padrão de sensores

Com vistas a esse mecanismo, o laboratório de Andres está criando novos sensores para máquinas autônomas (como drones e carros), que sejam também capazes de ignorar o desnecessário e focar na alta performance de respostas imediatas. A ideia é programá-los para detectar forças predeterminadas, ou seja, tudo aquilo que uma máquina autônoma precisa evitar (objetos, pessoas, prédios, árvores…) para não gerar acidentes e, assim, responder instantaneamente com comandos de frenagem ou desvio, quando na presença deles.

sensores biomiméticos
Foto ampliada de pelos de aranhas que compõem o sensoriamento mecânico

Mais do que isso, esses sensores não seriam responsáveis por apenas captar e filtrar os estímulos, mas também processá-los sem a necessidade de mais recursos ou fontes de energia. A ideia parte do pressuposto que na Natureza não há distinção entre Software e Hardware e, assim, um sensor deve ser capaz de coletar, filtrar e processar os dados para garantir a máxima eficiência de funcionamento.

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Para tanto, os pesquisadores projetaram padrões de resposta a estímulos específicos, desconsiderando aqueles que não afetem a operação das máquinas (tal como as aranhas). Em detalhes, na presença da ativação, o material que compõe os sensores muda rapidamente de forma, de tal modo que aproxima as partículas condutoras de impulsos elétricos. Assim, os sinais passam a fluir e o processamento de dados desencadeia uma resposta instantânea.

Arrieta conclui a entrevista informando que os sensores ficarão cada vez mais rápidos conforme aprendam novas respostas, a partir de algoritmos e Machine Learning. Com isso, consumirão ainda menos energia para gerar o mesmo padrão de respostas. O grande desafio, entretanto, reside na infinidade de formas e tamanhos que eles precisarão comportar para se adequarem aos mais diferentes usos e realidades.

Para ler com ainda mais detalhes os estudos por trás da criação desses sensores biomiméticos, clique aqui.