O que é energia? Você pode pensar que "energia é energia ué, liga meu computador, carrega meu celular, acende a luz". Isso não está errado, mas o que geralmente chamamos de energia é na verdade uma de suas muitas formas: quando falamos de luz, força e etc, estamos falando da Energia Elétrica.
escrito por Grupo SEMEAR - grupo de engenharia e robótica da USP São Carlos
Instagram: @semear.usp
Site: semear.eesc.usp.br
Nota: Artigo publicado na revista Revista Mecatrônica Jovem - Edição 6 - Energias Alternativas de junho de 2022.
Há muito tempo, antes da invenção, ou melhor, do descobrimento da energia elétrica, a principal fonte de energia da humanidade era o fogo. Ele que nos aquecia e era responsável por mover as primeiras máquinas a vapor, como os trens (Figura 1 - Trem). Com o tempo, os primeiros geradores elétricos foram desenvolvidos: muitos deles, movidos pela queima de combustíveis fósseis, hoje são conhecidos como Usinas Termelétricas, e funcionam transformando a energia térmica em energia elétrica. Mas a queima destes combustíveis vem trazendo diversos problemas, como a emissão de gases que são muito prejudiciais ao planeta. Por causa disso, a busca por energias renováveis vem sendo uma necessidade enorme e um grande desafio também.
Essas formas de obtenção de energia, por serem modernas e muitas vezes complexas, necessitam de uma atenção especial quando se fala de manutenção para um bom funcionamento. Mas você se pergunta “poxa, como que vai fazer para entrar na hidrelétrica, ou subir 100 metros no ar para ajeitar aquele catavento das usinas eólicas?” Esses trabalhos são muito perigosos mesmo, colocando em risco a vida de quem trabalha com isso. Porém, com o avanço da tecnologia, surgiu um fortíssimo aliado: a robótica! Com ela, vieram muitas melhorias no dia a dia, mas principalmente nos quesitos de automação das tarefas, e isso era justamente o que a indústria de energias renováveis precisava! Com a possibilidade de mandar robôs para ambientes que antes eram perigosos ou inacessíveis para os humanos, a manutenção e o custo para manter essas usinas decaiu substancialmente. (Figura 2 – Stonks).
Muito legal pensar como as coisas evoluem rápido, né? Até pouco tempo atrás, pensar em energia limpa era tipo um sonho! Mas, hoje em dia, a gente vê por aí estruturas enormes que fornecem energia para nossa casa… os painéis solares são um exemplo interessante disso. Eles também são chamados de painéis fotovoltaicos e são construídos a partir de peças bem pequenininhas, as células solares. Essas células pegam a energia que vem do sol e transformam ela em energia elétrica. Maneiro né?
Nos últimos anos, os engenheiros criaram robôs que fazem o papel das células solares e aumentam a eficiência da coleta de energia. Isso significa que esses robôs encontram a melhor posição em relação ao sol e transformam mais energia que as células de antes. Essa energia a mais é importantíssima para que a gente dependa cada vez menos de fontes que poluem o planeta, como a queima de carvão ou petróleo.
Mas você pode estar se perguntando, já que os painéis são tão grandes, onde que conseguem colocar eles?
Então, existem as “fazendas” de geração de energia, que são terrenos enormes onde tem um monte de painéis. Uma das partes mais difíceis de precisar de tanto espaço é a manutenção deles, ainda mais porque eles ficam em áreas afastadas, onde aparecem animais que a gente não vê perto da nossa casa. Esses animais, e às vezes até o clima, estragam a estrutura toda… e é aí que nossos robôs entram em cena de novo.
Isso mostra a importância que a robótica tem para deixar o trabalho humano mais rápido e seguro. Por exemplo, na figura (Figura 3 - Robô na energia solar) o robô faz a limpeza dos painéis. Outros reconhecem problemas no funcionamento das estruturas e identificam o local da falha para consertar, um trabalho que poderia ser perigoso ou muito demorado para que uma pessoa fizesse sozinha.
Por outro lado, existe também a energia eólica, que transforma a força do vento em energia elétrica! Considerando que há vento em praticamente qualquer lugar do mundo, basta escolher um lugar onde venta bastante, erguer uma turbina (embora elas sejam bem carinhas…) e deixar o vento fazer seu trabalho! No entanto, mesmo essa fonte de energia tem seus problemas: além da questão dos altos investimentos necessários, há o alto ruído gerado pelas turbinas e a eficiência consideravelmente menor se comparada com outras fontes de energia. Além disso, a manutenção é extremamente perigosa. (Figura 4 - Altura das turbinas de energia eólica)
Convenhamos, as turbinas eólicas são enormes! Já imaginou estar no topo de uma delas para realizar alguma manutenção e cair daquela altura?! Complicado né… Mas a robótica também pode nos ajudar com isso! É com esse tipo de procedimento que o grupo Aerones, da Letônia, trabalha: são 4 robôs conectados por um sistema de cordas que atuam em conjunto para levantar e movimentar um robô principal, que realiza as tarefas desejadas nas turbinas, como pode ser visto na figura (Figura 5 - Robôs da Aerones). E tudo é controlado remotamente!
Ao tornar os reparos mais eficientes e baratos, tecnologias como essas permitem uma menor dependência em energias não renováveis, como a queima do petróleo e do carvão mineral, citados anteriormente. Portanto, esses são exemplos de como a robótica pode potencializar as energias renováveis, garantindo um futuro mais sustentável!
Falamos de energia eólica e solar, mas até através da água é possível gerar energia, e não necessariamente isso se dá pelo movimento das ondas, mas também pela variação da concentração de sal. Como assim? Em 2011, cientistas da Itália e dos Estados Unidos desenvolveram um aparelho chamado de bateria de entropia mista, que consegue gerar energia elétrica através da variação da quantidade de sal na água. Nome difícil né? Mas vamos explicar!
Toda bateria tem dois pontos, que a gente comumente chama de polo positivo e negativo. Imagine como duas barras especiais, uma com o sinal “+” (positiva) e outra com o sinal de “-” (negativa). Essas duas barras da nossa bateria vão estar submersas em água doce, que é a águas dos rios. A água doce vai tirar (como se estivesse limpando) os componentes que formam o sal de cozinha das barras e, nesse momento, a bateria vai ficar carregada. Logo após, a água doce vai ser trocada pela água salgada, e o que acontece? As barras que estavam limpas vão atrair os pedacinhos de sal e nesse processo, enquanto elas descarregam, se gera energia!
Além disso, os criadores afirmam que o processo pode ser usado para a dessalinização de mares, já que ele vai capturando o sal diluído na água. Isso é interessante, pois em locais em que não há água própria para o uso, a água do oceano pode ser utilizada como fonte de água potável e, como bônus, energia.
Pouco tempo depois, em 2014, cientistas descobriram que é possível utilizar o método da bateria de entropia mista em locais de tratamento de água, gerando cerca de 1,5 a 2 kW/h por 1000 litros de água tratada que é despejada nos oceanos (o suficiente para deixar sua Air Fryer ligada por mais de uma hora!). Atualmente, o foco das pesquisas está em achar novos materiais para otimizar o processo ainda mais. Vale dizer que já existem até brinquedos como o “Robô de Água Salgada” que utilizam água salgada para fazer o robozinho andar por aí, e o melhor, sem utilizar as pilhas convencionais que fazem mal ao meio ambiente!
Tudo certo, mas onde estão os robôs na água? Atualmente, os robôs aquáticos autônomos têm utilizado outras tecnologias para a obtenção de energia no meio do oceano (já pensou no trabalho que daria se ele descarregasse lá fundo do mar?). Usando a energia das ondas, robôs do desafio PAC-X foram da Califórnia até a Austrália coletando dados do oceano. Esses desbravadores do oceano fizeram um trajeto de 12 872 km e sobreviveram a um furacão! Por fim, vale citar o robô SOLO TREC da NASA, que utiliza a diferença de temperatura entre a superfície e o fundo do oceano para gerar energia e coletar dados sobre o fundo do mar. (Figura 6 - Robô SOLO TREC da NASA)
A quantidade de coisas que os robôs podem fazer para facilitar nossa vida é impressionante. Agora, já pensou se utilizássemos a luz do sol ou o vento como fonte de energia para invenções como essas?
Bem, a energia solar está sendo utilizada até para conservar nosso querido oceano. Atualmente, nos deparamos com uma situação bem preocupante: de acordo com estudos da Fundação Ellen MacArthur, há uma possibilidade real de que em 2050 o mar terá mais plástico do que peixes. Triste né? Mas foi pensando nisso que a fundação SeaCleaners está desenvolvendo um barco movido a energia do Sol (Figura 7 - Manta Boat) que ajudará a limpar o lar dos peixinhos! Estima-se que o barco, chamado Manta Boat, será capaz de coletar 10000 toneladas de plástico por ano. Isso equivale a mais de 5500 hipopótamos, já pensou?!
Como o Sol é para todos, os robôs não iriam deixar de utilizar sua energia! A Alphabet, empresa controladora do Google, está testando robôs movidos à energia solar para aumentar a eficiência do agronegócio (Figura 8 - Robô no agronegócio). A ideia é que os robôs coletem diversos dados das plantações, como a altura das plantas e o tamanho dos frutos e das folhas. Associando esses dados com as características do clima e do solo, os produtores serão capazes de entender melhor suas lavouras.
Outra forma de energia renovável muito relevante é a eólica. Sabia que é a forma de energia que mais cresce no mundo? Agora, imagine animais movidos a vento (não, não são os pássaros). É isso que Theo Jansen, um artista holandês, pensou em 1990, quando decidiu construir uma forma diferente de vida: os Bichos da Praia, ou Strandbeests (Figura 9 - Strandbeest). Bem louco né? Eles são construídos com tubos de plástico e garrafas pet e seu único combustível é o vento, podendo inclusive armazená-lo. O artista se dedica aos bichinhos que se alimentam de vento há mais de 30 anos e já criou até uma genealogia de suas criações.
Ficou curioso pra saber como esses animais funcionam? Então, confira o vídeo escaneando o QR Code e veja a evolução dessa invenção incrível! (Figura 10 - Vídeo sobre os Strandbeests)
Todas as tecnologias incríveis que vimos aqui existem graças a engenheiros que se dedicaram ao mundo da tecnologia e decidiram fazer a diferença a partir da utilização de energias renováveis. Além disso, a engenharia se relaciona com diversas outras áreas, como as artes, sendo possível criar projetos cada vez mais interessantes. Afinal, como diz o criador dos Strandbeests, Theo Jansen: "as fronteiras entre arte e engenharia existem apenas em sua mente…”. Então, jovem mecatrônico, invista nos seus interesses! Vai que no futuro, você seja o responsável pela invenção de algo que nem imaginamos que poderia existir?
