Aranhas inspiram uma nova geração de sensores biomiméticos

É inegável dizer que as tecnologias de sensoriamento nunca estiveram tão avançadas. Mesmo assim, em diversas situações, os sensores desenvolvidos pelos homens apresentam um mecanismo de funcionamento não tão otimizado quanto os chamados “sensores naturais”.

Por sensores naturais podemos entender as estruturas e processos biológicos que ajudam os seres vivos a desenvolver padrões de resposta específicos e altamente assertivos aos mais diversos estímulos com que se deparam na Natureza. São eles que orientam os animais a se protegerem de predadores, por exemplo, ou fazem os caules das plantas crescerem em direção à luz solar.

Entre as várias aplicações que podem se beneficiar dos mecanismos sensoriais biológicos, aquelas que demandam comandos para respostas instantâneas e geolocalização detalhada estão entre as mais estudadas por cientistas e engenheiros. Percebeu-se que os drones e os carros autônomos poderiam ficar ainda mais refinados, caso emulassem o modo como os animais se comportam diante de obstáculos no vôo ou de ameaças inesperadas de predadores.

A ideia é alcançar um padrão de sensoriamento ainda mais ágil, que será fundamental para os drones sobrevoarem em ambientes abertos sem se chocarem com nenhum obstáculo e para uma nova geração de carros inteligentes praticamente à prova de acidentes.

Aranhas: um padrão de resposta altamente eficiente

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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Um dos grandes desafios enfrentados por desenvolvedores de softwares inteligentes de IoT é justamente arquitetar uma estrutura de análise que consiga otimizar o gigantesco volume de dados processado a cada segundo, sem comprometer a segurança e a performance do sistema como um todo.

Com base nesse desafio, o pesquisador e professor de Engenharia Mecânica da Purdue University, Andres Arrieta, tem focado seu trabalho em estudos biomiméticos que possam sugerir maneiras ainda mais eficientes de se lidar com os dados.

Em 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 dentro de uma faixa específica 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.

Biomimética

O grande diferencial desse padrão de resposta, no entanto, não está na ação propriamente dita, mas na capacidade que as aranhas demonstram de “desprezar” aquilo que não precisa ser entendido, tal como a movimentação da teia pelo vento ou partículas de poeira. Já imaginou se a cada simples trepidar, esses animais gastassem energia se deslocando até o estímulo para, somente então, perceberam que não era nada digno de nota?

As aranhas entenderam com a evolução que não é necessário sobrecarregar-se de processamentos inúteis, que não trariam nenhuma vantagem à sobrevivência da espécie. Elas aprenderam a poupar esforços e focar nos “dados” que realmente interessam, e é justamente isso que o desenvolvimento de sistemas de IoT inteligentes busca desempenhar com a máxima perfeição.

Biomimética: inspiração para um novo padrão de sensores

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 de 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.

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Para tanto, os pesquisadores envolvidos no projeto estão programando padrões de resposta a estímulos específicos, desconsiderando aqueles que não afetam a operação das máquinas (tal como fazem as aranhas). Entrando em detalhes, na presença de um estímulo em específico, 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 livremente, e o processamento de dados desencadeia uma resposta instantânea.

Com esse novo formato de processamento, Arrieta tem obtido sensores cada vez mais velozes, sobretudo a partir da implementação de tecnologias de Machine Learning. Eles consomem menos energia e geram um padrão de resposta ainda mais assertivo.

O grande desafio agora é criar uma maneira de englobar as mais diversas formas, tamanhos e protocolos dos sensores disponíveis no mercado para que eles consigam se beneficiar dessas descobertas, independentemente do cenário onde estejam implantados ou da função para a qual trabalhem.

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