Inovação Sustentável para Drones
Na era da mobilidade aérea, um projeto ambicioso da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio) busca revolucionar a eficiência energética dos drones. Com o intuito de aumentar a autonomia dessas máquinas, pesquisadores estão explorando a geração de eletricidade a partir do vento e das vibrações produzidas pelas hélices. Essa abordagem inovadora pode transformar a maneira como os drones operam e reduzir a dependência das baterias convencionais.
Os drones têm se mostrado ferramentas valiosas em diversas áreas, desde a monitorização de incêndios até o acompanhamento de ecossistemas marinhos. No setor agrícola, sua aplicação inclui a detecção de pragas e o monitoramento de lavouras. Contudo, a questão do consumo energético permanece um desafio significativo. A energia necessária para o voo é elevada, e uma parte considerável se perde em forma de calor e vibrações, resultando em recargas frequentes e impactando o meio ambiente com o descarte de baterias.
Embora a energia solar seja uma alternativa popular, ela frequentemente acrescenta peso aos dispositivos e eleva os custos. Portanto, a solução ideal reside em aumentar a capacidade das baterias de maneira sustentável e acessível.
Neste cenário, o Programa de Pós-Graduação em Metrologia (PósMQI) da PUC-Rio está na vanguarda, desenvolvendo um sistema que utiliza a chamada “colheita de energia” (energy harvesting) para gerar eletricidade através do vento e das vibrações das hélices.
Como Funciona a Colheita de Energia?
Os pesquisadores utilizam materiais piezoelétricos, que possuem a capacidade de gerar eletricidade quando submetidos a pressão. Esse fenômeno ocorre pela movimentação das cargas internas do material, que se deslocam ao serem pressionadas. Materiais como quartzo e cerâmicas à base de perovskita são eficientes nesse processo, mas geralmente são tóxicos e caros, além de exigirem camadas adicionais de suporte que comprometem sua eficiência.
Em contrapartida, o foco do estudo é o fluoreto de polivinilideno (PVDF), um polímero atóxico, leve e flexível. Sendo produzido em camadas finas, o PVDF pode ser facilmente integrado à estrutura dos drones, potencializando a geração de energia durante o voo.
Desafios e Possibilidades nos Drones
Os drones apresentam diversas configurações, mas os multirrotores, como tricópteros e quadricópteros, são os mais indicados para aplicações que exigem estabilidade e manobrabilidade. Infelizmente, sua autonomia é limitada, uma vez que dependem exclusivamente das hélices para gerar sustentação.
A pesquisa da PUC-Rio se debruçou na instalação de três transdutores de PVDF nos braços dos drones multirrotores. Esses dispositivos foram interligados a um circuito de gerenciamento de energia, permitindo um aumento linear na potência coletada, mesmo em velocidades mais baixas.
Os resultados iniciais, obtidos com financiamento da FAPERJ, CNPq e CAPES, mostram que a tecnologia é promissora. Com o motor funcionando a 3975 rotações por minuto, o sistema gerou até 17,3 volts, o suficiente para carregar um capacitor de 3,6 volts em apenas 162 segundos. Apesar de a potência ser modesta, a utilização da energia gerada para alimentar sensores eletrônicos pode liberar a bateria principal para tarefas críticas, aumentando a autonomia.
Perspectivas Futuras e Novas Aplicações
O sistema modular desenvolvido na pesquisa permite escalar a potência adicionando mais transdutores de PVDF, a um custo acessível, inferior a 50 dólares por módulo. O próximo passo envolve testes em condições climáticas variadas e ambientes externos, onde fatores como turbulência e mudanças de velocidade podem impactar o desempenho.
Além dos drones, a equipe está explorando outras formas de colheita de energia, incluindo dispositivos híbridos que combinam a energia solar com a geração de eletricidade a partir da chuva, o que pode ser aplicado em monitoramento ambiental em florestas tropicais.
O PVDF tem potencial para ser integrado em sistemas multifuncionais que combinam diferentes fontes de energia. A pesquisa também investiga circuitos eletrônicos mais eficientes para otimizar a coleta e amplificação do sinal gerado, um ponto crítico nesta área.
A questão do armazenamento de energia continua sendo um foco de estudo. Enquanto as baterias oferecem maior capacidade, elas enfrentam desafios em termos de durabilidade e seu impacto ambiental. Em contraste, os supercapacitores são ótimos para carregamentos rápidos, mas armazenam menos energia. Assim, cada projeto precisa definir a melhor solução para atender às suas necessidades específicas.
Com o desenvolvimento de tecnologias como a do PVDF, espera-se que a autonomia dos drones e outros dispositivos eletrônicos aumente de forma sustentável, aproveitando fontes de energia disponíveis no ambiente e contribuindo para um futuro mais verde e inovador.
*Carlos Roberto Hall Barbosa é coordenador do Programa de Pós-Graduação em Metrologia (PósMQI) da PUC-Rio.*