Uma equipe de estudantes de engenharia da Rice University construiu um robô subaquático operado remotamente que poderia revolucionar o controle de flutuabilidade por meio de células de combustível que separam a água. Este dispositivo oferece uma maneira mais eficiente em termos de energia para manter a flutuabilidade neutra, o que é essencial em operações subaquáticas.

Uma equipe de estudantes de engenharia da Rice University construiu um robô subaquático operado remotamente que poderia revolucionar o controle de flutuabilidade por meio de células de combustível que separam a água. Este dispositivo oferece uma maneira mais eficiente em termos de energia para manter a flutuabilidade neutra, o que é essencial em operações subaquáticas.

Este robô é um exemplo de como dispositivos de controle de flutuabilidade (BCDs) baseados em células de combustível podem reduzir custos operacionais para veículos subaquáticos autônomos ou operados remotamente (AUVs). As aplicações potenciais desta tecnologia vão desde a monitorização ambiental e investigação oceanográfica até tarefas militares e industriais. Ao fornecer uma alternativa mais silenciosa e mais eficiente em termos energéticos aos AUVs convencionais movidos por propulsores, o robô oferece uma solução promissora para um problema de longa data.

A equipe Bay-Max, composta por Andrew Bare, Spencer Darwall, Noah Elzner, Rafe Neathery, Ethan Peck e Dan Zislis, baseou seu projeto em um artigo acadêmico de autoria de pesquisadores de Rice e da Universidade de Houston. O artigo sugere que o controle de profundidade habilitado por células de combustível poderia potencialmente levar a uma redução de 85% no consumo de energia para AUVs em comparação com projetos tradicionais de propulsores baseados em motores DC. Fathi Ghorbel, professor de engenharia mecânica e bioengenharia na Rice, é coautor do estudo e também patrocinador da equipe.

“A equipe de estudantes do BayMax ficou entusiasmada em implementar uma ideia de pesquisa inovadora baseada em eletrólise,” Ghorbel disse. “A ideia envolve a transformação da água em gases hidrogênio e oxigênio para controlar a flutuabilidade dos AUVs e imitar as bexigas natatórias dos peixes. A pesquisa faz parte de um programa colaborativo entre meu laboratório, o laboratório da professora Laura Schaefer em Rice e o laboratório do professor Zheng Chen na Universidade de Houston.

“Esta pesquisa colaborativa visa desenvolver motores macios contínuos sem amarras que utilizam células de combustível de membrana de troca de prótons reversíveis e eletrolisadores de água para impulsionar a transformação de volume-massa. Através deste projeto de design, a equipe BayMax comprovou a eficácia desta tecnologia na interação do AUV com o mundo físico.”

Ghorbel acredita que esta nova tecnologia tem muitos usos potenciais, como em AUVs, inteligência de materiais, dispositivos assistivos vestíveis e até mesmo roupas e tecidos robóticos adaptativos e reprogramáveis.

De acordo com Bare, uma das coisas mais interessantes sobre essa tecnologia é que ela é de ponta e nunca foi implementada dessa forma antes. Bare e sua equipe estão entusiasmados por serem os primeiros a usar essa tecnologia em um dispositivo com pitch roll e controles abrangentes.

André Bare.

O uso de robôs subaquáticos tradicionais com propulsores e bombas de alto consumo de energia tem sido um problema há muito tempo. No entanto, Neathery encontrou uma solução inovadora e eficiente. A incorporação de células de combustível de hidrogênio reversíveis com balões nos CEs permitiu o uso mínimo de energia, ao mesmo tempo que permitiu ao robô ajustar suavemente sua profundidade. Esta abordagem não é apenas económica, mas também amiga do ambiente, tornando-a uma excelente alternativa aos métodos tradicionais.

“Quando aplicamos tensão às células de combustível, podemos aumentar a flutuabilidade do nosso dispositivo fazendo com que a água destilada atravesse o substrato da célula de combustível e seja ionizada nos dois gases”, Zislis disse. “Quando queremos conservar ou recuperar energia e diminuir a flutuabilidade do aparelho, enviamos a tensão na direção oposta, o que inverte o processo.”

O robô gera energia por meio de eletrólise reversa, utilizando a reação natural entre hidrogênio e oxigênio para formar água. O dispositivo também possui vários sensores que coletam informações cruciais sobre a saúde do sistema e a posição e orientação do robô debaixo d’água. Esses dados são então exibidos no painel, que fornece atualizações em tempo real sobre a localização, orientação e estado de ativação dos BCDs do robô.

Elzner, que trabalhou no projeto, mencionou que o dashboard era sua principal responsabilidade. A configuração permite o monitoramento em tempo real da profundidade e orientação do robô, entre outras coisas. O robô também possui um algoritmo de estabilização automática e controle de profundidade, que pode ser substituído manualmente usando um joystick de videogame. Darwall, que também fez parte do projeto, teve que aprender um novo software e se aprofundar na teoria de controle para que isso acontecesse.

“A equipe se uniu em torno de um interesse comum em engenharia de veículos ou robótica e no desejo de desenvolver suas habilidades fazendo algo fora de sua zona de conforto.

“A maioria de nós se conhecia de aulas e/ou clubes como o Rice Eclipse, o clube de foguetes da universidade”, Zislis disse. “Fomos inspirados a trabalhar juntos em um projeto tão ambicioso e incrível porque sabíamos que teríamos uma ótima química de equipe, o que nos permitiria apoiar e desafiar uns aos outros.”

Gerenciar interdependências de sistemas foi um dos grandes desafios que a equipe enfrentou.

“Com um projeto como este, a integração foi crítica”, Zislis disse. “Outra conclusão para mim é a importância de determinar um escopo claro para qualquer projeto. Com este robô, poderíamos ter nos concentrado em muitas coisas diferentes. Por exemplo, poderíamos ter trabalhado na melhoria da eficiência da célula de combustível ou na fabricação de um braço robótico. Em vez disso, optámos por manter estes outros elementos simples para não desviar o foco da parte principal, que é o dispositivo de controlo de flutuabilidade. Este tipo de processo de tomada de decisão não faz apenas parte de uma boa engenharia, mas é relevante para tudo na vida.”

Atualizado em by Kendall Parks
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