Beija-flores voando pelo jardim de flor em flor e sorvendo néctar dificilmente parecem, à primeira vista, modelos para instrumentos de guerra.
Mas os pequenos pássaros zumbidores são acrobatas aéreos inigualáveis, uma potência em miniatura, voando instantaneamente para frente e para trás, mergulhando rapidamente para baixo e subindo de volta, manobrando, rolando e guinando, e até voando de cabeça para baixo.
Suas sofisticadas habilidades de voo capturaram a atenção de projetistas de robôs, especialmente aqueles que estudam o uso de drones na guerra moderna.
“Os beija-flores são os melhores voadores de todos”, disse Bret Tobalske, professor de biologia e diretor do Laboratório de Voo da Universidade de Montana. “Eles são extremos em sua fisiologia e desempenho de voo. Eles são incrivelmente manobráveis. São capazes de pairar indefinidamente”, uma adaptação motivada pelo amor ao néctar rico em energia.
Conforme os veículos sem tripulação tomam conta dos céus em conflitos, os beija-flores se tornaram o assunto de novas pesquisas. O Flight Lab, acostumado a observar a ecologia, evolução e biomecânica do voo dos pássaros, faz parte de um amplo esforço, financiado em grande parte por dólares de defesa dos EUA, para construir um beija-flor robótico melhor. Imitar esses pássaros altamente adaptados — um fenômeno conhecido como tecnologia bioinspirada — é o Santo Graal para os fabricantes de robôs voadores.
“Um beija-flor de verdade pode voar muito melhor do que beija-flores robóticos”, disse o Dr. Tobalske. “Eles também podem voar muito melhor do que pássaros de verdade.”
Já foram construídos robôs beija-flores — o mais famoso deles é o NanoHummingbird, construído pela AeroVironment, uma empresa privada, com financiamento da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) — mas eles têm inúmeras limitações.
“Nenhum desses robôs pode voar rápido”, disse o Dr. David Letink, professor de Biomimética na 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 informado pelo voo das aves.
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E vários laboratórios de voo ao redor do mundo estudam vários tipos de criaturas — mariposas-falcão, libélulas, morcegos e beija-flores — para examinar os segredos de suas habilidades de voo para construir máquinas melhores. Grande parte do trabalho é financiado por agências de defesa, com o objetivo de usar o conhecimento para projetar aeronaves melhores.
O trabalho no Laboratório de Voo de Montana é financiado pelo Escritório de Pesquisa Naval, parte do Departamento de Defesa, sob um contrato totalizando um pouco mais de US$ 660.000, parte dos US$ 2 milhões ao longo de sete anos que foram alocados para instituições para o estudo das aves. O Departamento de Defesa não respondeu aos pedidos de comentário.
É improvável um robô baseado em um beija-flor que carregue armas, mas, em vez disso, o modelo pode ser implantado para explorar ruas à frente das tropas, espionar os movimentos das tropas ou ser despachado para procurar soldados feridos em lugares onde os humanos não podem ir, como dentro de um prédio desabado ou um túnel.
Os insetos, curiosamente, desenvolveram uma abordagem muito diferente para o voo do que a dos pássaros e morcegos, cujas asas evoluíram dos braços. Eles não têm músculos ou nervos em suas asas; em vez disso, alguns têm um sofisticado sistema de polias trabalhado por músculos internos em uma dobradiça que controla as asas de uma maneira semelhante às cordas de uma marionete.
“A dobradiça da asa da mosca é talvez a estrutura mais misteriosa e subestimada na história da vida”, diz Michael Dickinson, professor de bioengenharia e aeronáutica no Instituto de Tecnologia da Califórnia, que publicou recentemente um artigo a respeito do tópico.
Como os polinizadores são essenciais para o crescimento das plantas, ele disse, “se os insetos não tivessem evoluído essa articulação muito improvável para bater suas asas, o mundo seria um lugar muito diferente, sem plantas floridas e criaturas familiares como pássaros, morcegos — e provavelmente humanos”.
Os beija-flores têm seus próprios atributos improváveis. Embora leves — segurar um deles é semelhante a segurar um lenço de papel — o beija-flor tem comportamentos aéreos ágeis que são “enormemente ricos e complexos”, disse o Dr. Tobalske.
As asas de muitos beija-flores batem cerca de 50 vezes por segundo, mais do que qualquer pássaro; em contraste, as asas 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, em contraste, batem de 60 a 100 vezes por minuto.
Os pássaros também são enganosamente fortes. “Os beija-flores têm mais potência de saída por grama de peso do que qualquer outro vertebrado”, disse o Dr. Tobalkse.
Os pesquisadores aqui estão focados principalmente no beija-flor calíope, que pesa menos do que dois clipes de papel. No entanto, a cada outono, o calíope percorre um caminho migratório extremamente arriscado enfrentando o vento, a chuva e a neve do noroeste do Pacífico até o sul do México.
Muito sobre a ecologia do beija-flor é um mistério, em grande parte porque as aves são muito pequenas para dispositivos de rastreamento, embora se saiba que se deslocam muito, disse o Dr. Tobalske. “Eles passam três meses viajando para o sul e três meses viajando para o norte novamente.”
Os pesquisadores também estudam os beija-flores ruivos e de queixo preto.
Existem quase 370 espécies de beija-flores no mundo, encontradas apenas na América do Norte e do Sul. Quando os exploradores espanhóis chegaram pela primeira vez à América do Sul, eles ficaram encantados com os pássaros brilhantes e iridescentes que pairavam, e os chamaram de joyas voladoras (joias voadoras).
Apesar do tempo e do financiamento investidos na tentativa de entender por inteiro a dinâmica complexa do voo do beija-flor, uma compreensão completa permanece inalcançada.
Um aspecto da destreza de voo do pássaro é a maneira como ele colhe a inércia dos impulsos das asas para impulsionar suas manobras extraordinariamente ágeis.
Uma década atrás, pesquisadores levaram um laboratório móvel para a Amazônia peruana, Costa Rica e Andes equatorianos. Eles estudaram 200 beija-flores e rastrearam 330.000 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 — voo ascendente e descendente; aceleração e frenagem; e curvas fechadas e complexas para desviar em uma direção diferente.
Uma de suas descobertas, contrariando a intuição, foi que os beija-flores maiores podem manobrar mais facilmente do que pássaros menores porque têm mais massa muscular e um tamanho de asa maior em proporção aos seus corpos.
Um aspecto da destreza de voo do pássaro é a maneira como ele colhe a inércia dos impulsos das asas para impulsionar suas manobras extraordinariamente ágeis.
O Dr. Tobalske e uma aluna de doutorado, Rosalee Elting, passaram anos estudando as manobras de fuga do beija-flor — como ele foge rapidamente de predadores.
(Embora ele também tenha exibido uma foto de um beija-flor cujas tentativas de fuga falharam — um louva-a-deus esperando em um comedor capturou e devorou o pássaro.)
Para estudar comportamentos de fuga, o Dr. Tobalske e a Sra. Elting se moveram em direção a um pássaro envolto em plexiglass transparente para assustá-lo. Enquanto ele fugia, eles gravaram vídeos em altíssima velocidade com câmeras desenvolvidas pelo Pentágono para filmar e estudar explosões de artilharia. Isso permite que os pesquisadores reduzam a velocidade dos vídeos para analisar os menores componentes do voo em alta resolução.
Os pássaros, ao escaparem, se lançam para cima e então rolam e se afastam do comedor e então se lançam para baixo e voam para longe. “Isso acontece em 120 milissegundos, um intervalo muito curto”, disse Elting.
Ela embarcou recentemente em um projeto separado para desvendar manobras que ocorreram durante batalhas entre beija-flores machos enquanto eles se defendiam de invasores que se aproximavam de flores e comedores em seu território.
Os pássaros são estranhamente agressivos. “Eles passam cinco vezes mais tempo perseguindo alguém do que usando o comedor”, disse ela.
Quatro manobras de batalha distintas foram identificadas enquanto os pássaros pairam: perseguição e sinalização (como atacar um invasor); um confronto; voo em espiral; e justa.
Um aspecto do estudo de como os beija-flores voam envolve medir a velocidade do ar, a pressão e a viscosidade que estão fluindo ao redor das asas do beija-flor batendo e sustentando o voo. As equações que explicam esse fenômeno são tão complexas que um supercomputador leva semanas para elaborar um modelo das forças aerodinâmicas.
Os corpos dos pássaros, especialmente as asas e caudas, se transformam repetidamente e passam por inúmeras mudanças enquanto voam.
Essa complexidade é difícil de replicar. Para os projetistas de robôs, “o maior desafio é mudar o formato da asa e da cauda como um pássaro faz”, disse o Dr. Letink.
“Isso não foi realmente decifrado pelos engenheiros”, disse ele. “Fazer o formato da asa mudar como você vê um pássaro fazer, não apenas o movimento de varredura, mas o movimento de torção e a dobra, fazer tudo isso é super difícil para um engenheiro.”
Outra dificuldade é recriar filoplumas que fornecem informações sensoriais — as pequenas penas em forma de folha de palmeira que monitoram a velocidade do vento, a temperatura e a condição das penas e então enviam essas informações para o cérebro do pássaro.
Embora muitos estudos tenham examinado os movimentos das asas, o pequeno cérebro que impulsiona essas habilidades de voo continua sendo uma caixa-preta. Um estudo recente descobriu que os neurônios do beija-flor são mais sensíveis a estímulos do que os de outras espécies, o que os ajuda a processar objetos mais rapidamente e permite seu voo ágil.
Existem outros grandes obstáculos técnicos a serem superados pelos fabricantes de robôs — curta duração da bateria e o som que um robô faz, que seria uma indicação clara de que um beija-flor é na verdade um robô. A resposta às informações sensoriais é difícil de incorporar em um robô — como um beija-flor reage ao cheiro de uma flor ou à visão de um louva-a-deus.
Outro grande obstáculo para replicar o voo de um beija-flor está na adaptação singular do pássaro ao vento, ou tolerância a rajadas.
“Gostamos de pilotar nossos drones em dias calmos porque eles não gostam de vento”, disse Moble Benedict, que constrói robôs na Texas A&M University baseados no tipo de pesquisa que o laboratório Tobalske faz. “É exatamente o oposto com os pássaros. Você vê mais deles no céu em dias ventosos. Eles não estão tentando lutar contra os ventos; estão voando com o vento.”
Isso é especialmente importante porque, à medida que o clima esquenta, a turbulência aumenta. Em um estudo de perturbações no Flight Lab, Remy Delplanche, um estudante de doutorado, colocou uma pomba-de-colar-eurasiana com um pequeno ímã de terras raras nas costas em um túnel de vento entre dois outros ímãs. Conforme o pássaro voava e as câmeras gravavam, os ímãs eram ativados, o que tirava o pássaro do prumo.
Os pesquisadores filmaram o experimento para dissecar a rapidez e o reflexo com que o pássaro se recuperava — em frações de segundos. Em algum momento, pode ser possível projetar um robô que possa continuar voando com o vento, mas ainda não.
Os insetos também fornecem um modelo para robôs, especialmente a mariposa-falcão, a abelha-bombus e a libélula. Pequenos robôs provavelmente seriam usados como espiões — uma mariposa-falcão poderia pousar em flores no pátio de um restaurante e ficar de olho nos inimigos jantando, por exemplo.
“Minority Report”, o filme distópico de 2002 baseado em um conto de Philip K. Dick, apresentou um enxame de aranhas robóticas que buscam calor e que tentavam encontrar o personagem interpretado por Tom Cruise, que se escondeu em uma banheira de água gelada.
Desenvolver um robô beija-flor que pudesse voar como o real é possível, mas ainda está a anos de distância, dizem os especialistas.
“Acho que, no final das contas, é possível”, disse o Dr. Tobalske. Realizar esse feito exigiria um compromisso considerável de tempo e financiamento substancial, ele estimou, e mesmo assim poderia levar uma ou duas décadas.
Pode ser muito mais fácil, ele brincou, “pensar em criar um beija-flor e treiná-lo para levar uma pequena mochila”. / TRADUÇÃO DE AUGUSTO CALIL
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