Aprendendo a voar

Os insetos têm muito a nos ensinar sobre a aviação, coisas que não podemos aprender estudando aeronaves tradicionais. Durante anos, pouco se sabia sobre a mecânica do vôo de insetos, embora sejam o mais velho grupo de voadores do mundo. Talvez você já tenha ouvido sobre como abelhas não voam seguindo as leis convencionais da aerodinâmica. Isso acontece porque os princípios do vôo de insetos são muito diferentes dos fundamentos de vôo para aviões de asa fixa.

"Os engenheiros dizem que podem provar que uma dessas abelhas não consegue voar", disse Michael Dickinson, um biólogo da Universidade da Califórnia, em Berkeley. "E se você aplicar a teoria do vôo de asa fixa a insetos, realmente é possível calcular que essas abelhas não conseguem voar. Então, é preciso usar algo diferente".

Dickinson faz parte do projeto MFI - Inseto Voador Micromecânico (site em inglês), que está desenvolvendo pequenos robôs voadores usando os princípios do vôo de insetos. Esse projeto está sendo conduzido em cooperação com a DARPA. O Projeto MFI propõe um inseto robótico que tenha entre 10 e 25 mm de largura, muito menor do que o limite de tamanho imposto pela DARPA (15 cm) e usará asas para voar. O objetivo do projeto é recriar o vôo de uma mosca varejeira (site em inglês).

Foto cedida por Jason Spingarn-Koff Um modelo de um inseto voador micromecânico na palma da mão de um pesquisador de Berkeley

Caso tenha lido o artigo Como funcionam os aviões, sabe que os aviões geram força de ascensão. Isto porque o ar se move mais rapidamente sobre a asa do que pela parte inferior dela. Isso é chamado de aerodinâmica do estado estacionário. Mas esse princípio não pode ser aplicado a moscas ou abelhas, já que suas asas estão em movimento constante.

"Diferentemente das aeronaves de asa fixa, que têm uma dinâmica de fluxo estacionária e quase sem viscosidade, os insetos voam em um mar de vórtices, rodeados por minúsculos turbilhões e redemoinhos que são criados quando movem suas asas", disse Z. Jane Wang, física da Faculdade de Engenharia da Cornell University (site em inglês). Um turbilhão é um redemoinho de ar criado pela asa, e o ar dentro do turbilhão flui na direção oposta à da corrente principal de ar.

Os turbilhões criados pelas asas de insetos os mantêm em vôo. O grupo de Dickinson define estes três princípios para explicar como os insetos ganham força de ascensão e se mantêm no ar:

• estol atrasado - o inseto bate a asa para frente a um alto ângulo de ataque, cortando o ar em um ângulo mais íngreme do que uma asa de avião comum. Em ângulos tão íngremes, uma aeronave com asas fixas iria estolar e perder a sustentação, e a quantidade de resistência na asa iria aumentar. Já a asa de um inseto cria um turbilhão na direção frontal que permanece na superfície da asa para criar sustentação;
• circulação em rotação - ao término do movimento, a asa do inseto gira para trás, criando um movimento giratório que ergue o inseto, de maneira semelhante à que o mesmo movimento ergue uma bola de tênis;
• captura de esteira - Conforme a asa se move pelo ar, deixa redemoinhos ou turbilhões de ar atrás dela. Quando o inseto gira sua asa para o movimento de retorno, corta sua própria esteira, capturando energia o bastante para se manter em vôo. Dickinson diz que os insetos podem obter força de sustentação da esteira mesmo após a asa ter parado.

"Seria muito bom se pudéssemos explorar esses mecanismos também, construindo um inseto robô. Mas não é possível construí-los no momento baseando-se em princípios conhecidos, é preciso repensar todas as bases do problema", disse Dickinson. Na próxima seção, vamos aprender como os pesquisadores estão aplicando esses princípios à criação de insetos voadores robóticos.