Pesquisadores de Zurique criam drone em formato de anel resistente a colisões e impactos

Pesquisadores da ETH de Zurique desenvolveram o FlexiQuad, um drone com estrutura em formato de anel que utiliza materiais flexíveis para absorver impactos e continuar operando após colisões. Diferente dos modelos convencionais, que possuem braços rígidos e um corpo central, este dispositivo elimina a estrutura central, distribuindo as baterias e a eletrônica uniformemente ao longo da borda do anel.

O projeto, liderado pelo engenheiro Luca Girardi e pelo professor Stefano Mintchev no Laboratório de Robótica Ambiental, baseou-se na rigidez anisótropa observada em asas de aves e insetos. Essa característica permite que o material seja resistente à deformação em algumas direções, mas flexível em outras. No caso do FlexiQuad, o anel dobra-se lateralmente para amortecer choques, mas mantém a rigidez vertical necessária para que as hélices sustentem o corpo sem oscilações.

Desempenho e Engenharia

A redistribuição de massa foi fundamental para a estabilidade do aparelho. Ao posicionar as baterias junto aos motores, a equipe evitou as vibrações que ocorreriam se um corpo central pesado fosse preso por braços flexíveis. Simulações indicaram que um modelo com bateria central apresentaria tremores 13 vezes maiores nos rotores e oito vezes mais na eletrônica durante a aceleração.

O protótipo, com aproximadamente 400 gramas, apresenta as seguintes capacidades técnicas:

• Velocidade: Superior a 80 km/h.
• Aceleração: Três vezes a força da gravidade.
• Resistência: Quatro vezes mais resistente a colisões que drones comuns.
• Amortecimento: Absorve 39 vezes menos a força que causaria desequilíbrio em um impacto.

A flexibilidade permite que o drone atravesse aberturas com apenas 70% de sua largura original, tendo superado testes em passagens de 18 centímetros. Mesmo quando se dobra para passar por espaços estreitos, a eficiência do empuxo cai de 79% para 68%, mantendo o voo. Em testes de impacto frontal a 18 km/h, o aparelho não sofreu danos.

Versatilidade e Custos de Produção

Além da resistência, o design possibilita que o anel seja aberto e transportado plano em malas médias, com sistemas de liberação rápida e baterias deslizantes para montagem ágil. A estrutura é fabricada com quatro tiras de fibra de vidro, resultando em um custo de matéria-prima inferior a 15 dólares, excluindo componentes eletrônicos e motores.

O FlexiQuad também demonstrou capacidade de carga, conseguindo transportar kits de primeiros socorros e levantar objetos com peso superior ao seu próprio.

Aplicações e Próximos Passos

A tecnologia está atualmente no nível 5 de maturidade tecnológica da escala da NASA, tendo sido validada em condições reais. Para a comercialização, a equipe criou uma startup focada na automação do projeto de drones e conexão com fornecedores.

As aplicações previstas incluem:

• Busca e resgate: Operações em edifícios destruídos, florestas densas e tanques de lastro de navios, em parceria com bombeiros.
• Segurança aérea: Captura de drones suicidas ou fora de controle em áreas civis através de uma versão ampliada com rede central, evitando a queda de destroços sobre pessoas.

Para aprimorar a autonomia, os desenvolvedores implementaram o aprendizado por reforço, permitindo que o drone utilize sensores de movimento para se estabilizar sozinho após um impacto. O projeto foi indicado ao Prêmio Spark de invenção do ano e já possui pedido de patente.