UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” CAMPUS DE ILHA SOLTEIRA VINICIUS SERVIDONE TRIZÓLIO CINEMÁTICA DE MECANISMO DE ASA OSCILANTE E CARENAGEM NATURAL POR TAXIDERMIA PARA PROJETO DE VANTs BIOINSPIRADOS ILHA SOLTEIRA 2025 VINICIUS SERVIDONE TRIZÓLIO CINEMÁTICA DE MECANISMO DE ASA OSCILANTE E CARENAGEM NATURAL POR TAXIDERMIA PARA PROJETO DE VANTs BIOINSPIRADOS Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade Estadual Paulista (UNESP), FEIS, campus de Ilha Solteira, para obtenção do tí- tulo de Bacharel em Engenharia Me- cânica. Área de Concentração: Mecânica dos Sólidos. Orientador: Prof. Dr. Douglas Do- mingues Bueno. ILHA SOLTEIRA 2025 Trizólio CINEMÁTICA DE MECANISMO DE ASA OSCILANTE E CARENAGEM NATURAL POR TAXIDERMIA PARA PROJETO DE VANTs BIOINSPIRADOSIlha Solteira2025 71 Sim Trabalho de conclusão de cursoEngenharia MecânicaEngenharia MecânicaSim FICHA CATALOGRÁFICA Desenvolvido pelo Serviço Técnico de Biblioteca e Documentação Trizólio, Vinicius Servidone. Cinemática de mecanismo de asa oscilante e carenagem natural por taxidermia para projeto de VANTs bioinspirados / Vinicius Servidone Trizólio. -- Ilha Solteira: [s.n.], 2025 71 f. : il. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Estadual Paulista (UNESP), Faculdade de Engenharia, Ilha Solteira, 2025 Orientador: Douglas Domingues Bueno Inclui bibliografia 1. Mecanismo e carenagem. 2. Bioinspiração. 3. Taxidermia. T842c Sandra Montibeller - CRB-8/060 IMPACTO POTENCIAL DESTA PESQUISA Esta pesquisa contribui para o avanço científico e tecnológico na área de sistemas bioins- pirados, especialmente em Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) de asas oscilantes, ao integrar técnicas de modelagem cinemática, prototipagem e taxidermia. Seu potencial inovador reside na aplicação de estruturas naturais para camuflagem funcional, podendo ser utilizada em aplicações especialmente nas áreas de segurança e ecologia. A pesquisa fortalece a interdisciplinaridade entre engenharia, biologia e projeto de sistemas, com aplicabilidade em diferentes escalas e potencial de internacionalização. Alinha-se com o estado da arte com potencial para gerar impacto econômico, social e educacional. POTENTIAL IMPACT OF THIS RESEARCH This research contributes to scientific and technological development of bioinspired sys- tems, especially of unmanned aerial vehicles (UAVs), mainly by integrating kinematic modeling, prototyping, and taxidermy techniques. Its innovative potential lies in the application of natural structures for functional camouflage, with possible use in bird de- terrence systems and environmental monitoring. The research strengthens interdisciplinarity involving engineering, biology, and de- sign, with applicability at local, regional, and national levels, and potential for internatio- nalization. It aligns with the state-of-the-art with potential to generate economic, social, and educational impact. Câmpus de Ilha Solteira Curso de Graduação em Engenharia Mecânica ANEXO 02 MODELO DE ATA DE DEFESA UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE ENGENHARIA – CÂMPUS DE ILHA SOLTEIRA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA ATA DA DEFESA – TRABALHO DE GRADUAÇÃO TÍTULO: _______________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ALUNO: _______________________________________________ RA: _____________ Orientador: ______________________________________________ Aprovado ( ) – Reprovado ( ) pela Comissão Examinadora Nota obtida: _______ Comissão Examinadora: Prof. ______________________________________________________ Presidente (Orientador) Prof. ______________________________________________________ Prof. ______________________________________________________ ______________________________________________________ Assinatura do Aluno Ilha Solteira (SP) ______ de ________________ de ________. Faculdade de Engenharia – FE/Unesp – Câmpus de Ilha Solteira Cursos: Ciências Biológicas, Eng. Agronômica, Eng. Civil, Eng. Elétrica, Eng. Mecânica, Física, Matemática e Zootecnia. Pág. 7 Avenida Brasil Centro, 56 – CEP 15385-000 – Ilha Solteira – São Paulo – Brasil pabx +55 (18) 3743-1000 – fax +55 (18) 3742-2735 – scom.feis@Unesp.br – www.feis.Unesp.br Cinemática de mecanismo de asa oscilante e carenagem natural por taxidermia para projeto de VANTs bioinspirados Vinicius Servidone Trizólio Douglas Domingues Bueno X 10,0 Douglas Domingues Bueno Dr. Renan Sanches Geronel Eng. João Augusto da Costa Terilli 27 junho 2025 202052834 AGRADECIMENTOS Gostaria de expressar minha sincera gratidão à UNESP pela oportunidade concedida e ao professor Dr. Douglas Domingues Bueno pelo apoio e orientação. Também, agradeço sinceramente o professor Dr. Alan Peres Ferraz de Melo, do Departamento de Biologia e Zootecnia da UNESP de Ilha Solteira, e, em especial, à técnica Elisângela Medeiros Melo de Lima, do Laboratório de Anatomia desta mesma unidade universitária, pela va- liosa colaboração. Em particular, a cessão do material utilizado nesta pesquisa, tendo devidamente e previamente realizado todos os processos para a taxidermia, foi de fun- damental importância e imprescindível. Finalmente agradeço a empresa Total Health, na qual realizei estágio, por ter viabilizado a fabricação do mecanismo metálico utilizado neste trabalho. RESUMO O aumento no número de veículos aéreos não tripulados (VANTs) tem impulsionado o desenvolvimento de tecnologias. No entanto, ainda são vários os desafios e oportunidades para se desenvolver uma nova geração de veículos inspirados na natureza. Assim, este tra- balho apresenta um modelo cinemático bidimensional de um mecanismo de asa oscilante baseado em sistema de manivela dupla e duplo balancim, com dois mecanismos de quatro barras independentes, aplicado a uma estrutura taxidermizada. São discutidas adapta- ções estruturais, como fuselagens tubular, treliçada, monocoque e semi-monocoque, bem como a importância da camuflagem, destacando a taxidermia como alternativa inovadora, embora com implicações éticas, legais e operacionais. As análises computacionais foram realizadas com o software Python, focando nos movimentos angulares das asas. O protó- tipo foi desenvolvido em ambiente CAD, fabricado por impressão 3D e também em metal, sendo este último utilizado para avaliar uma carenagem obtida por taxidermia. Ensaios experimentais de durabilidade, resistência térmica e estanqueidade permitiram avaliar a robustez do sistema e sua viabilidade em diferentes condições. Os resultados indicam que a taxidermia como carenagem para VANTs bioinspirados é uma abordagem promissora, com potencial para aplicações em sistemas de afugentamento de aves ou monitoramento ambiental, desde que sejam consideradas as limitações dos materiais naturais. Por ou- tro lado, os resultados demonstram que ainda existem importantes desafios para se obter uma carenagem com as características e propriedades mecânicas adequadas para o projeto de VANTs bioinspirados robustos os suficiente para serem empregados em aplicações de engenharia. Palavras-Chave: mecanismo e carenagem; bioinspiração; taxidermia; cinemática. ABSTRACT The increasing number of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has driven the develop- ment of new technologies. However, there are still many challenges and opportunities in developing a new generation of nature-inspired vehicles. Thus, this work presents a two-dimensional kinematic model of a flapping wing mechanism based on a dual crank and double rocker system, with two independent four-bar linkages, applied to a taxider- mized structure. Structural adaptations are discussed, such as tubular, truss, monocoque, and semi-monocoque fuselages, as well as the importance of camouflage, highlighting ta- xidermy as an innovative alternative, although one with ethical, legal, and operational implications. Computational analyses were carried out using a Python code, focusing on the angular motion of the wings. The prototype was developed in a CAD environment and manufactured using both 3D printing and metal, and this latter one was used to evaluate a fairing obtained through taxidermy. Experimental tests on durability, thermal resistance, and sealing capability were conducted to assess the systems robustness and viability under different conditions. The results indicate that taxidermy as a fairing for bioinspired UAVs is a promising approach, with potential applications in bird deterrence systems or environmental monitoring, provided the limitations of natural materials are taken into account. On the other hand, the results also show that significant challenges remain to obtain a fairing with the appropriate characteristics and mechanical properties for the design of robust bioinspired UAVs suitable for engineering applications. Keywords: mechanism and fairing; bioinspiration; taxidermy; kinematics. LISTA DE FIGURAS 1 Fuselagem tubular ou treliçada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2 Fuselagem monocoque. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3 Fuselagem semi-monocoque. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4 Camuflagem visual em VANTs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 5 Camuflagem de radar em VANTs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 6 Camuflagem de taxidermia em VANTs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 7 Representação das linhas de corrente em torno de um aerofólio segundo o Princípio de Bernoulli. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 8 Representação das principais forças atuantes em um veículo aéreo durante o voo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 9 Partes da asa de uma ave, apresentando as partes da asa interna e externa. 20 10 Mecanismo Manivela Escalonada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 11 Mecanismo Deslizante de Manivela Única. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 12 Mecanismo de Manivela Única e Balancim Duplo. . . . . . . . . . . . . . . 25 13 Mecanismo de Manivela Dupla e Balancim Duplo. . . . . . . . . . . . . . . 26 14 Diagrama Cinemático do Mecanismo de Manivela Dupla e Duplo Balancim. 30 15 Diagrama cinemático do mecanismo da asa direita. . . . . . . . . . . . . . 32 16 Pomba-galega (Patagioenas cayennensis). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 17 Pomba-galega utilizada: (a) comprimento, (b) semi-envergadura e (c) en- vergadura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 18 (a) Instrumentais utilizados para costurar a pele do animal; (b) Reagentes tetraborato de sódio e sulfato de alumínio e potássio; (c) Olhos artificiais; (d) Ferramentas utilizadas para costurar o corpo do pássaro no mecanismo desenvolvido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 19 Bancada montada com os suportes para o sistema e o motor elétrico. . . . 41 20 (a) Acoplamento do eixo do mecanismo ao mandril de ajuste rápido da parafusadeira; (b) Vista lateral do sistema posicionado para o ensaio; (c) Vista isométrica do sistema posicionado para início do ensaio. . . . . . . . 41 21 (a) Vista frontal do sistema posicionado para o ensaio. Nesta observa-se os pontos de rotações indicados em verde para realizar a movimentação do mecanismo. Em vermelho e amarelo tem-se a asa externa e interna, respectivamente; (b) Ensaio em vista superior: sistema posicionado com destaque para as partes estruturais e aerodinâmicas. . . . . . . . . . . . . . 42 22 Arranjo frontal da carenagem e do mecanismo para o ensaio térmico, indi- cando o caminho do fluxo de ar no soprador térmico (entrada e saída). . . 43 23 Configuração superior do ensaio térmico, mostrando o sistema, com desta- que para a distância entre o soprador térmico e a carenagem. . . . . . . . . 43 24 Vista lateral do ensaio térmico, mostrando o sistema, com destaque para a distância entre o soprador térmico e a carenagem de 135 mm. . . . . . . . 44 25 Sete pontos do corpo do sistema selecionados para aferição da temperatura durante o ensaio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 26 Saco plástico perfurado para simular chuva. . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 27 Bancada experimental montada com suporte para o sistema e saco plástico perfurado, posicionado a uma altura de 155 mm. . . . . . . . . . . . . . . . 46 28 Gráfico que relaciona o movimento Biela-Manivela em torno do eixo XY para os pontos A e B com dois ciclos de batidas. . . . . . . . . . . . . . . . 48 29 Gráfico ilustra o esquema de movimentação da asa externa, ou seja, movi- mento do ponto D e E em relação do eixo XY para dois ciclos de batidas. . 49 30 Gráfico apresentando a oscilação dos ângulos para dois ciclos de batidas. . 50 31 Vista frontal do protótipo modelado pelo software SolidWorks. . . . . . . . 51 32 Vista isométrica do protótipo modelado pelo software SolidWorks. . . . . . 52 33 Vista detalhada do balacim e da manivela do protótipo modelado pelo software SolidWorks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 34 Vista explodida do mecanismo de asa oscilante realizado no software So- lidWorks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 35 (a) Engrenagem com 30 dentes, diâmetro de 24,5 mm e espessura de 3 mm; (b) Pinhão com 10 dentes, diâmetro de 9 mm e espessura de 3 mm; (c) Asa interna; (d) Asa externa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 8 36 (a) Componente de linkagem entre engrenagem e asa interna; (b) Micro Rolamento Esferas Mr 52 Zz - 2x5x2,5; (c) Base estrutural do conjunto: asa, engrenagem, rolamento e pinhão; (d) Carenagem utilizada para o corpo da ave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 37 Vista frontal do protótipo completo fabricado por impressão 3D. . . . . . . 55 38 Vista frontal do mecanismo metálico cortado a laser em aço 1020. . . . . . 55 39 (a) Posicionamento inicial da carenagem no corpo da ave; (b) Carenagem fixada por costura à pele da ave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 40 Posicionamento do mecanismo metálico no interior da ave. . . . . . . . . . 57 41 (a) Vista superior do mecanismo metálico montado no corpo da ave; (b) Vista frontal do mecanismo metálico montado no corpo da ave. . . . . . . . 57 42 (a) Vista superior da asa do sistema, destacando a envergadura total de 460 mm; (b) Vista superior evidenciando a corda na raiz da asa, com comprimento de 130 mm; (c) Vista superior mostrando a corda na ponta da asa, com 30 mm de comprimento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 43 Eixo da engrenagem descolado e engrenagem fora da posição correta. . . . 58 44 Pino da haste da asa interna descolado e fora da posição correta. . . . . . . 59 45 Protótipo torcido em aproximadamente 60◦ devido ao torque do motor de acionamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 46 Segunda vista do protótipo torcido devido ao torque do motor de aciona- mento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 47 (a) Vista frontal do protótipo com a asa rompida; (b) Vista lateral do protótipo com a asa rompida; (c) Vista isométrica do protótipo com a asa rompida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 48 Comparação das temperaturas registradas nos sete pontos do corpo do sistema considerando 4 diferentes temperaturas na saída do soprador térmico. 64 49 (a) Vista superior para iniciar o ensaio de estanqueidade; (b) Vista frontal do final do ensaio após molhar completamente a superfície externa. . . . . 65 50 (a) Vista superior do final do ensaio de estanqueidade; (b) Protótipo virado para retirada da carenagem com o algodão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 9 LISTA DE TABELAS 1 Propriedades físicas do mecanismo maior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2 Momentos principais de inércia e direções associadas (no centro de massa) 51 3 Momentos de inércia no centro de massa (eixo alinhado ao sistema de co- ordenadas) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4 Momentos de inércia no sistema de coordenadas de saída . . . . . . . . . . 51 5 Temperaturas medidas em cada um dos 7 pontos do protótipo (ver Figura 25) para o ambiente em 20,7 ◦C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 6 Temperaturas medidas em cada um dos 7 pontos do protótipo (ver Figura 25) considerando a temperatura na saída do soprador térmico sendo 38,1 ◦C. 61 7 Temperaturas medidas em cada um dos 7 pontos do protótipo (ver Figura 25) considerando a temperatura na saída do soprador térmico sendo 95,1 ◦C. 62 8 Temperaturas medidas em cada um dos 7 pontos do protótipo (ver Figura 25) considerando a temperatura na saída do soprador térmico sendo 140 ◦C. 63 9 Temperaturas consolidadas nos sete pontos do protótipo sob distintas con- dições térmicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 13 1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2 CAMUFLAGEM PARA VANTs BIOINSPIRADOS . . . . . . . . . . . . . 14 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 17 2.1 PRINCÍPIO DE BERNOULLI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.2 FORÇAS ATUANTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2.1 Força de propulsão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2.2 Força de Arrasto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2.3 Força de Sustentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2.4 Força Peso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.3 CONSIDERAÇÕES AERODINÂMICAS PARA O VANT BIOINSPIRADO 20 2.3.1 Partes da Asa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.3.2 Movimento de voo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.3.3 Cauda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.4 MECANISMOS DE BATIDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.4.1 Mecanismo Manivela Escalonada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.4.2 Mecanismo Deslizante de Manivela Única . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.4.3 Mecanismo de Manivela Única e Balancim Duplo . . . . . . . . . . 25 2.4.4 Mecanismo de Manivela Dupla e Balancim Duplo . . . . . . . . . . 26 2.5 TAXIDERMIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.6 ENSAIOS AMBIENTAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3 METODOLOGIA 28 3.1 ESCOLHA DO MECANISMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2 DIAGRAMA CINEMÁTICO DO MECANISMO . . . . . . . . . . . . . . 29 3.3 PARÂMETROS E RESTRIÇÕES DE PROJETO . . . . . . . . . . . . . . 30 3.4 EQUAÇÕES DE MOVIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.5 PATAGIOENAS CAYENNENSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.6 PROCEDIMENTO DA TAXIDERMIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.6.1 Materiais necessários . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 11 3.6.2 Ética e questões ambientais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.6.3 Legislação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.7 ENSAIOS AMBIENTAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 46 4.1 MODELAGEM VIA CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.2 PROTOTIPAGEM 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.3 PROTOTIPAGEM COM TAXIDERMIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.4 ENSAIOS AMBIENTAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 67 5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS . . . . . . . . . . . . . . . 68 REFERÊNCIAS 69 A ANEXO 71 1 INTRODUÇÃO Anualmente há um aumento crescente na popularidade dos Veículos Aéreos Não Tripula- dos (VANTs), tanto para fins recreativos ou comerciais, como para mapeamento, levanta- mento topográfico e inspeção de infraestruturas, tornando-se uma ferramenta valiosa para essas atividades devido ao baixo custo relativo, menor tempo de conclusão do projeto, en- tre outras (Colomina; Molina, 2014) e (Nex; Remondino, 2014). A tecnologia dos VANTs tem evoluído significativamente, com melhorias na duração da bateria, alcance e estabi- lidade no ar através do uso de controladores de voo (Zhang; Kovacs, 2012). No entanto, a maioria dos VANTs são projetados para proporcionar entretenimento, principalmente através da gravação de vídeo (Floreano; Wood, 2015). Embora essas aplicações abran- jam uma ampla variedade de usos, existem condições nas quais um VANT convencional, como um quadcopter, não se apresenta como a opção ideal, visto que exigem adaptações estruturais (Khan et al., 2023). Neste cenário, surge uma classe alternativa de veículos aéreos: os VANTs bioinspi- rados. Esses sistemas se baseiam na observação do voo de aves e insetos, que apresentam elevada eficiência ao adaptar continuamente a forma e o movimento de suas asas às mudan- ças das condições aerodinâmicas. Inspirados nessas características, foram desenvolvidos os flapping wing micro aerial vehicles (FWMAVs), que utilizam o batimento das asas como mecanismo principal de propulsão (Banazadeh; Taymourtash, 2016). Quando pro- jetados especificamente com base nas aves, são conhecidos como ornitópteros, capazes de executar manobras complexas ao replicar padrões naturais de voo. Devido à essa versati- lidade, os VANTs bioinspirados despontam como uma solução promissora para aplicações que exigem maior manobrabilidade e desempenho em ambientes desafiadores, nos quais os modelos com asas fixas ou rotativas apresentam limitações (Haider; Khan; Siddiqui, 2021). 1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO O principal objetivo deste trabalho é apresentar a análise de um mecanismo de batida de asas para VANTs do tipo ornitóptero, por meio da modelagem cinemática de um sistema com dupla manivela e balancim. A proposta é reproduzir o movimento oscilatório das asas inspirado no voo de aves. Além disso, busca-se investigar o uso da taxidermia como 13 solução inovadora de carenagem natural. Os objetivos específicos do trabalho são: • Modelar o mecanismo de batida de asas com base em um sistema de dupla manivela e balancim, utilizando conceitos de cinemática e mecanismos de quatro barras; • Projetar e fabricar o protótipo em ambiente CAD; • Avaliar o uso da taxidermia como carenagem aerodinâmica e térmica, conside- rando aspectos funcionais e estéticos; • Realizar ensaios experimentais de durabilidade, estanqueidade e resistência tér- mica, simulando condições ambientais. 1.2 CAMUFLAGEM PARA VANTs BIOINSPIRADOS VANTs bioinspirados ainda são limitados e relativamente pouco desenvolvidos. Eles ti- picamente exigem a consideração de uma estrutura interna, que suporta componentes e, ao mesmo tempo, permite a fixação da carenagem. Tais estruturas podem ser tubulares, como ilustrado na Figura 1. Neste caso, trata-se de uma estrutura feita de tubos de aço soldados, formando uma configuração de treliça e revestida por tela. Essa configura- ção é comumente encontrada em aeronaves monomotoras de pequeno porte. A estrutura tubular é responsável por absorver todos os esforços e cargas aplicados (NexAtlas, 2021). Figura 1: Fuselagem tubular ou treliçada. Fonte: Próprio Autor. Outra configuração estrutural é a do tipo monocoque, na qual os esforços são prin- cipalmente absorvidos pelo revestimento externo. Esse tipo de estrutura requer algumas cavernas internas para manter sua forma aerodinâmica. Embora essas cavernas não resis- tam diretamente aos esforços estruturais, elas têm um papel importante na prevenção de deformações excessivas no revestimento (NexAtlas, 2021), como mostrado na Figura 2. 14 Figura 2: Fuselagem monocoque. Fonte: Próprio Autor. Já a estrutura semi-monocoque é composta por longarinas, cavernas e revestimento, que trabalham em conjunto para suportar as cargas aplicadas à aeronave. Os materiais utilizados são geralmente os mesmos da estrutura monocoque, mas a principal diferença está na presença das longarinas. Uma vantagem dessa construção é que os esforços não ficam concentrados em um único elemento; assim, mesmo em caso de falha localizada, a estrutura pode manter certa resistência residual (NexAtlas, 2021), conforme ilustrado na Figura 3. Figura 3: Fuselagem semi-monocoque. Fonte: Próprio Autor. Estes são apenas alguns exemplos dos tipos de fuselagem utilizados em VANTs. A escolha do tipo de fuselagem depende de vários fatores, como a finalidade da aeronave, o alcance desejado, a capacidade de carga, a estabilidade e manobrabilidade, material, entre outros. Com relação aos materiais que podem ser usados tem-se a fibra de carbono, fibra de vidro, alúminio, plásticos reforçados (Austin, 2011) e até mesmo com papelão, como aqueles produzidos pela empresa SYPAQ Systems (Thiago Vinholes, 2023), enviados para Ucrânia como ajuda militar. 15 Além das estruturas e carenagens, VANTs empregados em aplicações especiais também podem se beneficiar de sistemas de camuflagem, que são importantes para reduzir sua detecção e aumentar sua proteção. A camuflagem visual consiste no uso de cores, padrões e texturas que imitam o ambiente onde o VANT opera. Isso pode incluir manchas, listras ou desenhos semelhantes à vegetação, ao céu ou a elementos naturais da área de operação (Hu et al., 2023), como exemplificado na Figura 4. Figura 4: Camuflagem visual em VANTs. Fonte: (3D Molier International, 2019). Outra técnica é a camuflagem de radar, que busca reduzir a assinatura de radar do VANT, tornando-o menos detectável por sistemas de vigilância. Isso pode ser obtido por meio de materiais que absorvem, dispersam ou refletem ondas de radar, dificultando a sua detecção (Hu et al., 2023). A Figura 5 mostra um exemplo desse tipo de camuflagem. Figura 5: Camuflagem de radar em VANTs. Fonte: (Mauro Oliveira, 2022). Uma abordagem menos comum, mas inovadora, é a camuflagem por taxidermia. Essa técnica consiste na utilização da pele de animais taxidermizados, como aves, para 16 ocultar o VANT ou fazer com que ele se assemelhe à fauna local. A intenção é aproveitar a aparência natural desses animais para melhorar a camuflagem visual do sistema. No entanto, essa abordagem envolve considerações éticas, legais e operacionais, uma vez que o uso de animais taxidermizados não é amplamente difundido nem padronizado. Sua eficácia depende do contexto de uso, sendo essencial realizar uma análise criteriosa antes de sua aplicação (Khan et al., 2023). A Figura 6 ilustra um protótipo de veículo obtido a partir desta abordagem. Figura 6: Camuflagem de taxidermia em VANTs. Fonte: (Khan et al., 2023). 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Nesta seção são apresentados os principais conceitos teóricos que embasam o desenvol- vimento do projeto de um VANT com asas oscilantes, inspirado no voo das aves. A compreensão do fenômeno do voo exige o estudo da dinâmica dos fluidos e da interação entre forças aerodinâmicas, estruturas mecânicas e movimentos articulados. Inicialmente, são abordados princípios fundamentais, como o Teorema de Bernoulli e as forças envolvi- das no voo. Em seguida, são discutidas as particularidades do voo bioinspirado, as partes da asa, os movimentos realizados por aves, a função da cauda e os principais mecanismos utilizados para reproduzir o movimento de batida das asas em modelos artificiais. 2.1 PRINCÍPIO DE BERNOULLI O Princípio de Bernoulli explica como um avião pode se sustentar no ar, devido a pressão que age sobre as asas ser inferior a pressão do ar que atua na parte abaixo do avião. De acordo com o Teorema de Bernoulli, apresentado em (Fox; Donald, 2001), a Figura 7 mostra que o aumento da velocidade provoca uma diminuição da pressão no extradorso da 17 asa e resulta em uma força que empurra a asa para cima, perpendicularmente à trajetória de voo e a força gerada de baixo para cima que é capaz de sustentar a aeronave. Seguindo o mesmo raciocínio pode-se dizer que esse princípio também é aplicável a sustentação do voo dos pássaros. Figura 7: Representação das linhas de corrente em torno de um aerofólio segundo o Princípio de Bernoulli. Velocidade alta Pressão baixa Velocidade baixa Pressão alta Fonte: Próprio Autor. 2.2 FORÇAS ATUANTES A compreensão do voo de aviões e aves exige o entendimento das quatro forças aerodi- nâmicas que atuam durante o deslocamento no ar, sendo elas a sustentação, propulsão, arrasto e peso, conforme ilustrado na Figura 8 (Fox; Donald, 2001). Figura 8: Representação das principais forças atuantes em um veículo aéreo durante o voo. ArrastoPropulsão Sustentação Peso Fonte: Próprio Autor. 18 2.2.1 Força de propulsão A força de propulsão é responsável por impulsionar o objeto em direção ao movimento desejado, atuando paralelamente ao seu eixo longitudinal e em sentido contrário ao arrasto. Nas aeronaves convencionais, essa força é gerada por motores a hélice ou a jato. Em mecanismos com asas oscilantes, a propulsão é obtida exclusivamente pelo movimento alternado das asas, que cria o impulso necessário para superar a resistência do ar (Fox; Donald, 2001; Anderson, 2015). 2.2.2 Força de Arrasto O arrasto corresponde à resistência oferecida pelo ar ao movimento de um corpo, atuando na direção oposta ao deslocamento. Essa força é influenciada pela forma do objeto, sua velocidade e as características do escoamento do ar ao seu redor. Nas aeronaves, é gerado principalmente pela fuselagem, asas e demais superfícies, sendo desejável que essa resistência seja minimizada para melhorar o desempenho aerodinâmico (Fox; Donald, 2001). 2.2.3 Força de Sustentação A sustentação é a força que permite que uma aeronave ou mecanismo permaneça no ar. Ela atua perpendicularmente à direção do fluxo de ar e é gerada principalmente pelas asas, como resultado da diferença de pressão entre a parte superior e inferior do perfil aerodinâmico, conforme o Princípio de Bernoulli. Para que o voo seja estável, a força de sustentação deve equilibrar ou superar a força peso (Fox; Donald, 2001). 2.2.4 Força Peso A força peso é a resultante da atração gravitacional da Terra sobre o corpo em questão, atuando sempre na direção vertical, com origem no centro de gravidade do objeto. Em aeronaves, essa força é composta pelo peso da estrutura, combustível, carga e ocupantes. Durante o voo, o peso pode variar, especialmente pela redução da massa de combustível consumido ao longo do trajeto (Fox; Donald, 2001). 19 2.3 CONSIDERAÇÕES AERODINÂMICAS PARA O VANT BIOINSPIRADO No desenvolvimento de um VANT com asas oscilantes, a eficiência do voo depende di- retamente do desempenho do mecanismo que simula o bater das asas, inspirado no voo das aves (Shi et al., 2022). Para isso, é essencial analisar o comportamento aerodinâmico das asas, suas subdivisões e os ângulos envolvidos no movimento. Fatores como a massa da estrutura e a distribuição de massa também influenciam diretamente na relação entre sustentação e peso, determinando a estabilidade em voo. Neste trabalho, a atuação da cauda não é considerada no projeto do mecanismo. 2.3.1 Partes da Asa As asas são elementos essenciais no voo, tanto em aeronaves quanto em aves, mas com diferenças marcantes. Enquanto nos aviões servem exclusivamente para gerar sustentação, nas aves, além de sustentarem, também são responsáveis pela propulsão, permitindo o avanço no ar com o batimento coordenado das asas (Anderson, 2015). Nas aves, diferentes regiões da asa desempenham funções específicas: a base pró- xima ao corpo contribui principalmente para a sustentação, enquanto a ponta atua na propulsão durante o movimento descendente. As penas também têm papel fundamental no batimento para baixo, alinham-se para impedir o escoamento de ar entre elas, au- mentando a força propulsora; na subida, abrem-se levemente, reduzindo a resistência e facilitando o retorno das asas (Arenas, 2016). A Figura 9 apresenta as partes da asa de uma ave, apresentando as partes da asa interna e externa. Figura 9: Partes da asa de uma ave, apresentando as partes da asa interna e externa. Asa interna Asa externa Fonte: (Asa Ganso 123RF, 2025). 20 2.3.2 Movimento de voo O voo das aves envolve um conjunto complexo de movimentos coordenados, sustentado por princípios da aerodinâmica, como o Princípio de Bernoulli, que descreve a relação entre velocidade do fluxo de ar e a pressão exercida sobre as superfícies. Ao contrário das aeronaves convencionais, nas quais as asas servem apenas para gerar sustentação, nas aves elas também são as principais responsáveis pela propulsão (Anderson, 2015). A estrutura corporal das aves é adaptada para o voo: apresentam formas aerodi- nâmicas que minimizam o arrasto, e suas asas realizam movimentos rítmicos de subida e descida, gerando tanto sustentação quanto impulso. Durante esses ciclos de batimento, as asas alteram sua conformação, modificando a área de envergadura e ajustando as forças resultantes de interação com o ar. Em determinadas fases do movimento, ocorre também uma rotação na borda de ataque, que direciona o escoamento e contribui para a geração de força propulsora (Shi et al., 2022). Embora o voo ativo proporcione alta mobilidade, ele também exige um elevado consumo energético. O movimento contínuo de bater as asas é metabolicamente custoso, o que levou as aves a desenvolverem estratégias para otimizar o esforço, como a utilização de correntes de ar ascendentes para planar ou a manutenção de uma postura corporal que reduza a resistência ao avanço (Anderson, 2015). Luna Arenas propôs uma análise qualitativa dos movimentos de asa a partir do comportamento da Gaivota-de-Herring, utilizando como modelo bioinspirado o projeto SmartBird, da empresa Festo. A sequência de movimento mostra o ciclo de batida dividido em duas fases distintas: na fase descendente, as asas se expandem e empurram o ar para baixo, com a porção interna mantendo um ângulo de ataque positivo, enquanto a externa adota um ângulo negativo, promovendo sustentação e impulso. Por outro lado, na fase ascendente, ocorre a retração parcial das asas, reduzindo a área exposta ao vento e, portanto, a resistência. Nessa fase, ambas as seções mantêm ângulos de ataque positivos, o que permite continuar gerando sustentação mesmo com menor esforço. Um momento particularmente importante durante o ciclo é quando as asas atingem sua posição mais baixa, estendendo-se na horizontal, ponto em que o voo de planagem pode ser mantido com menor gasto energético, aproveitando o fluxo de ar favorável. 21 2.3.3 Cauda Durante o voo de um VANT bioinspirado, a cauda exerce um papel complementar essen- cial ao movimento de batida das asas, sendo responsável por contribuir significativamente para a estabilidade e manobrabilidade da aeronave. A interação coordenada entre asas e cauda permite ajustes dinâmicos no comportamento de voo, adaptando-se a diferentes exigências de manobra (Shi et al., 2022). Para fins de estabilidade, costuma-se inclinar a cauda para cima, de modo que a força descendente gerada eleve o nariz da aeronave. Em aplicações de controle, os modelos mais recorrentes são a cauda oscilante e a cauda basculante, escolhidos por sua simplici- dade mecânica. A primeira induz momentos de rolamento com movimentos laterais, e a segunda atua como um leme, direcionando o voo conforme sua inclinação (Smith, Todd J, 2016). No entanto, este trabalho tem como foco exclusivo o estudo e modelagem do mecanismo de batida das asas, não sendo abordados os princípios de funcionamento e controle associados à cauda. 2.4 MECANISMOS DE BATIDA Com relação aos tipos de mecanismos, foi realizado um estudo de projetos existentes, com o objetivo de selecionar o mecanismo mais adequado para a batida de asas do VANT proposto neste trabalho. A intenção é converter o movimento rotativo do motor em um movimento oscilatório vertical das asas. Entre os principais mecanismos utilizados, destacam-se os tipos apresentados a seguir. 2.4.1 Mecanismo Manivela Escalonada O mecanismo de manivela escalonado é um dos modelos mais simples aplicados em sis- temas de asa oscilante, Figura 10. Nesse tipo de configuração, as barras de ligação são posicionadas com distâncias e ângulos cuidadosamente escalonados, de modo a assegurar que as asas esquerda e direita realizem movimentos oscilatórios simétricos (Smith, Todd J, 2016). 22 Figura 10: Mecanismo Manivela Escalonada. O2 a b1’ c e c’ e’ O4O4’ A B CC’ B’ B1’ bb’ Fonte: Próprio Autor. O mecanismo representado é composto por um sistema de elos interconectados que simula o movimento coordenado das asas, possivelmente em um modelo de ave mecânica. O ponto O2 é o centro de rotação do elo de entrada, identificado como a, o qual realiza um movimento de rotação contínua (manivela). Esse elo conecta o ponto O2 ao ponto A, transmitindo movimento ao restante do sistema. A partir de A, o elo b liga-se ao ponto B, funcionando como uma articulação intermediária entre o elo de entrada e os demais elos da estrutura. O ponto B está conectado ao ponto C por meio do elo c, formando o elo de saída, que funciona como um balancim oscilando em torno do ponto fixo O4. O mecanismo apresenta uma configuração simétrica, com os pontos B′, C ′, O′ 4, bem como os elos b′, c′, e e e′, espelhando a estrutura do lado oposto. Os pontos O4 e O′ 4 são os centros de oscilação das asas e estão conectados aos elos que representam as asas internas e externas. Os elos e e e′ podem ser interpretados como as asas externas, acionadas a partir do movimento oscilatório transferido pelos balancins centrais ligados aos elos c e c′. 2.4.2 Mecanismo Deslizante de Manivela Única No mecanismo de manivela com deslizamento central, mostrado na Figura 11, as asas estão conectadas a uma biela em um ponto comum, de modo que os movimentos de expansão e contração ocorrem em sincronia com a rotação da manivela. Esse arranjo garante que 23 ambas as asas se movam de forma coordenada. Apesar da simplicidade funcional, essa configuração pode apresentar desvantagens, como o aumento do atrito e da demanda energética, especialmente para altas frequências, o que pode comprometer a durabilidade do sistema (Shi et al., 2022). Figura 11: Mecanismo Deslizante de Manivela Única. O2 a b c e c’ e’ O4O4’ A B CC’ Fonte: Próprio Autor. O mecanismo deslizante de manivela única é constituído por uma manivela, a, que gira continuamente em torno de um ponto fixo O2. Essa manivela está ligada ao ponto A, o qual transmite o movimento para o elo b, funcionando como biela. O elo b conecta os pontos A e B, transmitindo o movimento rotacional da manivela para o elo seguinte. A partir do ponto B, o elo c se estende até o ponto C, convertendo o movimento da biela em movimento de translação ou oscilação. O ponto C está alinhado a uma guia, que orienta o deslocamento linear do componente terminal, muitas vezes associado a asa externa. A simetria do sistema é evidenciada pelos elementos duplicados c′, e e e′, assim como pelos pontos C ′, O4 e O′ 4, que compõem o lado espelhado do mecanismo. Os pontos O4 e O′ 4 atuam como apoios ou eixos fixos das extremidades do meca- nismo, servindo de base para a movimentação das asas internas e externas representadas pelos elos e e e′, respectivamente. O conjunto garante que o movimento rotacional da manivela seja convertido em um movimento coordenado e simétrico nas estruturas finais. 24 2.4.3 Mecanismo de Manivela Única e Balancim Duplo Neste tipo de mecanismo, ilustrado na Figura 12, uma única manivela central aciona dois sistemas independentes de quatro barras, os quais são responsáveis por transmitir o movimento oscilatório às asas. Em comparação ao modelo deslizante, essa configuração apresenta maior eficiência na conversão de energia. Contudo, um dos principais desafios consiste em assegurar a sincronização precisa entre os movimentos das asas esquerda e direita (Yang; Esakki, 2021). Figura 12: Mecanismo de Manivela Única e Balancim Duplo. O2 a b c e b’ c’ e’ O4O4’ A B C B’ C’ Fonte: Próprio Autor. O mecanismo de manivela única e balancim duplo é composto por uma manivela a que realiza um movimento de rotação contínua em torno do ponto fixo O2. Essa manivela está conectada ao ponto A, o qual transmite o movimento ao elo b, funcionando como uma biela. O elo b liga os pontos A e B, transmitindo movimento à articulação intermediária. A partir do ponto B, o elo c conecta-se ao ponto C, que por sua vez está ligado ao ponto fixo O4, formando um balancim que oscila ao redor desse ponto. Esse balancim representa o elo de saída do mecanismo, convertendo o movimento rotacional da manivela em um movimento angular alternado. A estrutura apresenta simetria em relação ao plano vertical, sendo duplicada pelos elos b′, c′ e pelos pontos B′, C ′, conectados simetricamente ao lado oposto do sistema. Os pontos O4 e O′ 4 funcionam como os centros de oscilação dos balancins esquerdo e direito, respectivamente. Os elos finais e e e′ estão conectados aos balancins e representam as asas externas, 25 que se movem de forma coordenada e simétrica a partir da oscilação dos elos c e c′. Dessa forma, o movimento contínuo da manivela única é convertido em um movimento alternado bilateral por meio dos dois balancins. 2.4.4 Mecanismo de Manivela Dupla e Balancim Duplo O mecanismo apresentado na Figura 13 é composto por duas manivelas independentes, cada uma responsável por acionar uma asa, permite um controle preciso e sincronizado do movimento durante o voo. No entanto, essa solução implica em maior complexidade estrutural, resultando em aumento do peso total do sistema e no consumo de energia, especialmente devido ao número elevado de engrenagens e componentes envolvidos (Smith, Todd J, 2016). Figura 13: Mecanismo de Manivela Dupla e Balancim Duplo. O2 aO2’a’ b c e b’ c’ e’ O4O4’ A B C A’ B’ C’ Fonte: Próprio Autor. O mecanismo de dupla manivela e duplo balancim apresenta dois elos de entrada do tipo manivela, identificados como a e a′, que giram continuamente em torno dos pontos fixos O2 e O′ 2, respectivamente. As manivelas estão conectadas aos pontos A e A′, os quais se ligam aos elos b e b′, funcionando como bielas que transmitem o movimento aos pontos B e B′. A partir dessas bielas, os elos c e c′ conectam os pontos B e B′ aos pontos C e C ′, respectivamente, formando dois balancins. Esses balancins oscilam em torno dos pontos fixos O4 e O′ 4, convertendo o movimento rotacional contínuo das manivelas em um movimento angular alternado. 26 Por fim, os elos e e e′ estão conectados às extremidades dos balancins e representam as asas externas do mecanismo. Eles executam movimentos coordenados de oscilação em resposta ao movimento dos balancins. A estrutura é completamente simétrica em relação ao eixo central, garantindo que as duas asas externas se movam de forma sincronizada a partir da ação independente das duas manivelas laterais. 2.5 TAXIDERMIA A taxidermia, termo de origem grega que significa dar forma à pele, é, de forma geral, a arte de montar, preservar ou reproduzir animais com finalidades expositivas ou científi- cas. Tradicionalmente utilizada por caçadores e colecionadores, foi durante muito tempo popularmente conhecida como empalhamento (Duffus, 2016). O principal objetivo da taxidermia é o aproveitamento de espécimes com origem legal, visando a preservação de material biológico. Atualmente, os serviços de taxidermia atendem a uma ampla gama de públicos, incluindo proprietários de animais domésticos e exóticos, pescadores, criadouros comerciais, mantenedores, conservacionistas, museus de história natural, zoológicos e instituições de ensino. Mais recentemente, a técnica também passou a ser empregada em produções de televisão, cinema, teatro, estúdios fotográficos e agências de publicidade (Lima, 2025). Para clareza de entendimento, o documento disponibilizado pela equipe do laboratório de Anatomia da UNESP-FEIS, contendo informações detalhadas sobre a prática da taxidermia utilizada em aulas na universidade é apresentado no ANEXO A. 2.6 ENSAIOS AMBIENTAIS O presente trabalho também considerou a realização de ensaios ambientais voltados a sistemas mecânicos, com base na norma MIL-STD-810, amplamente utilizada na indús- tria para especificar métodos de teste ambiental para equipamentos militares, e também aplicada a produtos civis de alta confiabilidade. Essa norma define métodos rigorosos de ensaio para simular condições reais de operação, como vibração, choque térmico, e umidade (United States Department of Defense, 2019; International Organization for Standardization, 2016) e (International Organization for Standardization, 2016). Dentre os ensaios previstos, destacam-se: O ensaio de durabilidade tem como objetivo avaliar o desempenho do mecanismo ao 27 longo do tempo, submetendo-o a ciclos repetidos de operação que simulam as condições reais de uso. Através dessa análise, é possível identificar desgastes prematuros, falhas estruturais e perda de eficiência nos componentes, garantindo a confiabilidade e a vida útil do sistema. O ensaio de estanqueidade tem por finalidade verificar a capacidade do mecanismo em impedir a entrada de líquidos ou gases em seu interior, assegurando a integridade dos componentes internos e a funcionalidade do sistema em ambientes sujeitos à umidade ou variações de pressão. O ensaio térmico visa avaliar o comportamento do mecanismo quando submetido a diferentes faixas de temperatura. Esse ensaio é fundamental para analisar a estabi- lidade dimensional dos materiais, bem como possíveis deformações ou falhas mecânicas ocasionadas por dilatação térmica. 3 METODOLOGIA 3.1 ESCOLHA DO MECANISMO Para a modelagem do mecanismo de asa oscilante do VANT desenvolvido neste trabalho, optou-se pela utilização do mecanismo de quatro barras Grashofiano, classe I, no qual dois elos realizam rotações completas, enquanto o terceiro atua como balancim oscilante. Essa escolha foi baseada na análise de mecanismos utilizados com sucesso em projetos similares. Com o objetivo de reproduzir o movimento simétrico de ambas as asas, o projeto adota dois conjuntos independentes de mecanismos de quatro barras, cada um acionado por sua respectiva manivela. Essa configuração é conhecida como mecanismo de dupla manivela com balancim duplo, em que o acoplamento das articulações permite a trans- ferência coordenada de movimento entre as asas. Um aspecto diferencial deste modelo é a variação angular entre as subasas, que simula de forma mais realista o batimento das asas internas e externas. Essa variação contribui significativamente para o desempenho aerodinâmico, promovendo maior velocidade de planagem, resistência estrutural e alcance de voo (Shi et al., 2022). Tal configuração possibilita que cada asa seja acionada de forma independente, proporcionando movimentos sincronizados com maior controle sobre a cinemática de am- 28 bos os lados do sistema. A independência dos conjuntos também reduz a complexidade de sincronização mecânica, típica de sistemas integrados. Além disso, esse arranjo permite uma conversão eficiente do movimento rotativo em batimento oscilatório, com menor des- gaste mecânico e boa estabilidade operacional. Por essas características, trata-se de uma solução amplamente adotada em estudos e protótipos de VANTs bioinspirados, pela sua confiabilidade estrutural e capacidade de simular padrões de voo naturais (Yang; Esakki, 2021). Por fim, a simplicidade construtiva foi um critério essencial na escolha do sistema mecânico. A redução no número de componentes contribui para a diminuição do peso total, dos custos, da necessidade de manutenção e, consequentemente, para o aumento da confiabilidade operacional — fatores que impactam diretamente na eficiência aerodi- nâmica do VANT. Com relação à estrutura de suporte da carenagem, adotou-se a configuração semi- monocoque. Esta escolha foi motivada pela necessidade de distribuir de forma eficiente os esforços estruturais ao longo do corpo do VANT, preservando a leveza e a rigidez requeridas para o voo. Além disso, o formato natural do corpo da ave, utilizado como base para a carenagem, exigia a presença de cavernas internas que permitissem manter o contorno aerodinâmico original. Dessa forma, a estrutura semi-monocoque mostrou-se a mais adequada, pois sua combinação de longarinas, cavernas e revestimento possibilita tanto o suporte estrutural quanto a fidelidade geométrica ao modelo taxidermizado. 3.2 DIAGRAMA CINEMÁTICO DO MECANISMO Com base na definição do sistema como Mecanismo de Manivela Dupla e Duplo Balancim, tem-se o seguinte diagrama cinemático, representado na Figura 14. Nesse arranjo, o movimento é gerado por duas manivelas (a e a′), que transmitem rotação às bielas (b e b′), as quais estão conectadas aos balancins (c e c′), responsáveis por conduzir o movimento às asas. Os suportes das asas externas (f e f ′) são acoplados diretamente aos balancins, formando um ângulo máximo (λ) de 40◦ com a horizontal, valor adotado com base nos estudos de estabilidade do voo apresentados por Arenas (2016). Além desse parâmetro, três outros ângulos são essenciais para a modelagem do sistema: o ângulo de oscilação (β), que varia entre as duas asas e cuja diferença define o atraso de fase; o ângulo de transmissão (ψ), formado entre a biela e o balancim; e o 29 ângulo relativo (φ), que descreve a variação angular entre as porções interna e externa das asas. Figura 14: Diagrama Cinemático do Mecanismo de Manivela Dupla e Duplo Balancim. β’ O2O2’ b c e b’ c’ e’ O4O4’ X Y ff’ λ φ β ψ Asa Interna Asa Externa aa’ g h g’ φ’ λ’ ψ’ h’ Fonte: Próprio Autor. 3.3 PARÂMETROS E RESTRIÇÕES DE PROJETO O desenvolvimento do mecanismo proposto tem como foco a replicação do movimento de batida das asas das aves de forma realista e funcional. Para isso, é essencial que o projeto atenda simultaneamente a critérios como leveza, simplicidade construtiva e robustez mecânica. O desafio está em equilibrar esses requisitos com a fidelidade ao movimento natural. A atuação das forças aerodinâmicas, especialmente sustentação e propulsão líquida, está diretamente relacionada a variáveis como a velocidade do ar, o ângulo de ataque e o ângulo de oscilação das asas (β). Estudos mostram que a sustentação tende a aumentar com o aumento inicial do ângulo de oscilação, até certo limite, além do qual a eficiência aerodinâmica começa a cair devido à rápida passagem do fluxo de ar pelas asas (Yang; Esakki, 2021). Isso ocorre porque, em ângulos médios, há maior empuxo de ar e maior geração de sustentação. Por outro lado, em ângulos muito elevados, o fluxo se torna menos eficiente para manter o voo. Em especial, o ângulo β está diretamente relacionado à capacidade do mecanismo de manter voo estável em modo pairado. Conforme apresentado por (Arenas, 2016), valo- res próximos de 40◦ são ideais para simular esse tipo de voo em mecanismos bioinspirados. 30 Assim, este parâmetro foi adotado como referência de projeto. Outro aspecto crítico do projeto é garantir que o comprimento do balancim não ultrapasse a distância entre os pontos fixos O2 e O4, prevenindo sobreposição ou interfe- rência entre os elos opostos do mecanismo durante o movimento. Além disso, o ângulo λ, que define a inclinação máxima da asa externa em relação à horizontal, também deve ser limitado a 40◦, conforme recomendado na literatura (Arenas, 2016). Este valor atua como restrição geométrica importante para evitar movimentos exagerados e perda de estabilidade aerodinâmica. O ângulo de transmissão ψ, por sua vez, é outro parâmetro fundamental. Para garantir fluidez no movimento e evitar travamentos mecânicos, recomenda-se que ψ per- maneça entre 60◦ e 120◦, considerando uma margem de assimetria γ de até 30◦ (Yang; Esakki, 2021). O mecanismo empregado é baseado em um sistema de quatro barras − mais es- pecificamente um mecanismo de manivela dupla com balancins espelhados − que exige o cumprimento da condição de Grashof para permitir rotação completa de um dos elos. O critério de Grashof estabelece que: a+ d ≤ b+ c (1) sendo a o elo mais curto, d o elo mais longo, e b e c os elos intermediários. Quando esta condição é atendida, o mecanismo é classificado como grashofiano, e o elo mais curto pode girar livremente em relação aos demais. No caso de o elo fixo estar conectado ao elo mais curto, forma-se um sistema de manivela-balancim, apropriado para converter movimento rotacional contínuo em movimento oscilatório. Como o movimento deve ocorrer simetri- camente para as duas asas, o mecanismo é duplicado de forma espelhada, utilizando um eixo motriz comum. 3.4 EQUAÇÕES DE MOVIMENTO Para descrever o movimento gerado pelo mecanismo proposto emprega-se a Análise Al- gébrica como método de modelagem cinemática. Considerando a simetria existente entre os lados do sistema, a análise foi simplificada com base no subconjunto correspondente à asa direita, representado esquematicamente na Figura 15. 31 O sistema possui suas origens de coordenadas nos pontos O2 e O4. Os comprimen- tos dos elos que compõem o mecanismo são definidos da seguinte maneira: a representa a manivela, b a biela, c o balancim, e d a distância fixa entre os pontos O2 e O4. A extensão total da asa é dividida em duas partes: a asa interna, com comprimento (c + e), e a asa externa, com comprimento f . O ângulo θ2 corresponde à rotação da manivela. Com base nesses parâmetros, busca-se determinar os seguintes ângulos do sistema: • θ3: ângulo entre a biela b e a horizontal; • β: ângulo de oscilação da barra BD em relação à horizontal; • Ψ: ângulo de transmissão formado entre as barras AB e BC; • ϕ: ângulo relativo entre a asa interna e a asa externa. Ressalta-se que a relação entre os ângulos β, λ (parâmetro de projeto) e ϕ é dada por: β = λ+ ϕ (2) Figura 15: Diagrama cinemático do mecanismo da asa direita. O2 a b c eO4 X Y f λ φ β ψ g h A D C B E F G y x d θ3 θ2 Fonte: Próprio Autor. A posição do ponto A pode ser definida conforme coordenadas: 32 Ax = a cos(θ2) (3) Ay = a sin(θ2) (4) para a posição do ponto B, suas coordenadas são obtidas a partir da relação: b2 = (Bx − Ax) 2 + (By − Ay) 2 (5) c2 = (x−Bx) 2 + (y −By) 2 (6) subtraindo (6) de (5): c2 − b2 = [ (x−Bx) 2 + (y −By) 2 ] − [ (Bx − Ax) 2 + (By − Ay) 2 ] (7) ou: c2 − b2 = Bx(2Ax − 2x) + 2ByAy − 2yBy − (A2 x + A2 y) + x2 + y2 (8) com a Equação (8) tem-se a seguinte relação: (A2 x + A2 y) = (a cos(θ2))2 + (a sin(θ2))2 (A2 x + A2 y) = a2(cos2(θ2) + sin2(θ2)) (A2 x + A2 y) = a2 (9) assim, a partir das Equações (9) e (8), obtém-se: Bx = a2 − b2 + c2 − x2 − y2 2(Ax − x) − 2By(Ay − y) 2(Ax − x) (10) para simplificar alguns termos desta equação, atribuí-se: S = a2 − b2 + c2 − x2 − y2 2(Ax − x) (11) K = (Ay − y) (Ax − x) (12) logo: 33 Bx = S −ByK (13) substituindo a Equação (13) na Equação (6), tem-se: c2 = (x− (S −ByK))2 + (y −By) 2 (14) c2 = x2 − 2x(S −ByK) + (S −ByK)2 + (y2 − 2Byy +B2 y) (15) c2 = x2 − 2xS + 2xByK + S2 − 2SKBy +K2B2 y + y2 − 2Byy +B2 y (16) c2 = x2 − 2xS +By(2xK − 2SK − 2y) + S2 +B2 y(K 2 + 1) + y2 (17) logo: x2 − 2xS +By(2xK − 2SK − 2y) + S2 +B2 y(K 2 + 1) + y2 − c2 = 0 (18) para simplificar alguns termos desta equação, atribuí-se: P = (K2 + 1) (19) Q = (2xK − 2SK − 2y) (20) R = x2 − 2xS + S2 + y2 − c2 (21) obtendo: PB2 y +QBy +R = 0 (22) a Equação (23) pode ser resolvida pelo método de Bhaskara, resultando: By = −Q± √ Q2 − 4PR 2P (23) As raízes da equação analisada podem assumir valores reais ou complexos. Quando os resultados são números complexos, isso indica que os elos do mecanismo não conseguem se conectar geometricamente para o ângulo de entrada considerado. Por outro lado, se forem obtidas soluções reais para By, essas podem ser utilizadas na Equação (13) para 34 determinar os valores correspondentes de Bx. A partir da determinação das posições dos pontos A e B, torna-se possível calcular os ângulos das barras do mecanismo para cada configuração, utilizando as expressões trigonométricas apropriadas. θ3 = tan−1 ( By − Ay Bx − Ax ) (24) β = tan−1 ( y −By x−Bx ) (25) sabendo que λ é um ângulo definido como parâmetro de projeto, tem-se: ϕ = β − λ (26) para o ângulo de transmissão Ψ, aplicando a Lei dos Cossenos no triângulo ABC é possível obter: h2 = b2 + c2 − 2bc cos(Ψ) (27) isolando o ângulo Ψ: Ψ = cos−1 ( −h2 + b2 + c2 2bc ) (28) para as coordenadas do ponto C, tem-se: Cx = x (29) Cy = y (30) para o ponto D, tem-se: Dx = x+ (c+ e) cos(β) (31) Dy = y + (c+ e) sin(β) (32) por fim, para o ponto E: Ex = Dx + (f) cos(λ) (33) 35 Ey = Dy + (f) sin(λ) (34) 3.5 PATAGIOENAS CAYENNENSIS Para a realização deste trabalho, utiliza-se uma pomba-amargosa (Patagioenas cayen- nensis), também conhecida como pomba-galega ou pomba-roxa em algumas regiões do Brasil. Esta ave foi disponibilizada pelo laboratório de Anatomia da UNESP, de Ilha Solteira, sendo que todos os procedimentos foram realizados em conformidade com a Lei no 11.794/08 e suas regulamentações, conforme documento do Comitê de Ética em Anexo A. A pomba-amargosa é uma ave de médio porte, com plumagem predominantemente em tons de cinza-azulado e coloração vinácea no peito e pescoço, o que lhe confere uma aparência característica. Possui asas largas, cauda arredondada e patas avermelhadas. É comumente encontrada em áreas abertas, bordas de matas e regiões urbanas de várias partes do Brasil e da América do Sul. A Figura 16 apresenta um exemplo da ave utilizada para o trabalho. Figura 16: Pomba-galega (Patagioenas cayennensis). Fonte: Wikiaves. Na Figura 17, apresenta-se a ave utilizada na pesquisa, juntamente com as me- dições realizadas, as quais foram consideradas para o dimensionamento do mecanismo. Após essa etapa, a pele da pomba-galega foi removida para aferição das dimensões do ha- bitáculo interno, que poderá ser utilizado tanto para o transporte da carga paga quanto 36 para o desenvolvimento da carenagem. O perímetro do corpo da ave é de 160 mm e o comprimento, de 100 mm, valores utilizados para a criação da carenagem. Figura 17: Pomba-galega utilizada: (a) comprimento, (b) semi-envergadura e (c) enver- gadura. (a) (b) (c) Fonte: Próprio Autor. 3.6 PROCEDIMENTO DA TAXIDERMIA 3.6.1 Materiais necessários Os principais materiais utilizados para o procedimento incluem: cabo de bisturi número 03 com lâmina 15, recomendado para animais pequenos e aves; cabo de bisturi número 04 com lâmina 21, utilizado para animais de maior porte; pinça dente de rato; bórax (tetraborato de sódio); alúmen (sulfato de alumínio e potássio); formol a 10 %; arame galvanizado; linha e agulha; olhos artificiais; algodão ou plástico para enchimento; e base de madeira ou MDF para fixação do espécime. A Figura 18 tem-se as ferramentas utilizadas no procedimento da taxidermia para vestir o mecanismo no pássaro, sendo o algodão utilizado para preenchimento do corpo da ave e a agulha, tesoura e linha de nylon para costurar a pele da ave no mecanismo. 37 Os olhos artificiais são colocados para melhorar a aparência do animal. O tetraborato de sódio e o sulfato alumínio e potássio são reagentes responsáveis pela conservação do animal. Figura 18: (a) Instrumentais utilizados para costurar a pele do animal; (b) Reagentes tetraborato de sódio e sulfato de alumínio e potássio; (c) Olhos artificiais; (d) Ferramentas utilizadas para costurar o corpo do pássaro no mecanismo desenvolvido. (a) (b) (c) (d) Fonte: Próprio Autor. O animal a ser taxidermizado deve sempre ser de procedência legal, podendo in- cluir tanto animais domésticos quanto silvestres, desde que devidamente autorizados pelos órgãos competentes. Na etapa de salga ou envenenamento, devem ser adicionados os re- agentes responsáveis pela conservação do animal. Costuma-se utilizar uma mistura em partes iguais de bórax e alúmen. No entanto, pode-se empregar apenas o bórax, uma vez que o efeito obtido é semelhante. Vale destacar que o alúmen contribui para uma secagem mais rápida do material (Lima, 2025). 3.6.2 Ética e questões ambientais A Lei Federal 11.794, em seu capítulo II, artigo 4 o, instituiu o Concea, representando uma mudança significativa na abordagem do uso de animais vertebrados em atividades de ensino e pesquisa no Brasil. Como legislação federal, estabeleceu as bases para a criação de uma política nacional que regulamenta o uso de animais em tais contextos (Concea/MCTI, 2021). Neste sentido, estudos que utilizam animais vertebrados não humanos devem ser aprovados e monitorados pelo Comitê de Ética no Uso de Animais (CEUA) da instituição credenciada no Concea, que é responsável por supervisionar os animais durante a condução do projeto de pesquisa ou procedimento de ensino. O CEUA, em nome da instituição, tem o dever de garantir que o uso dos animais esteja em conformidade com a Lei no 11.794/08 e suas regulamentações, bem como asse- 38 gurar a justificação ética das atividades e a observância dos princípios dos 3Rs (Redução, Substituição e Refinamento) (Concea/MCTI, 2021). No caso de atividades realizadas em campo, a responsabilidade pelo projeto é da CEUA da instituição credenciada no Con- cea à qual o pesquisador principal está vinculado. Alternativamente, quando aplicável, a responsabilidade poderá ser atribuída à CEUA da instituição patrocinadora do estudo, desde que também seja credenciada no Concea. Cumpridas estas condições, é essencial que os pesquisadores obtenham aprovação prévia da CEUA antes de iniciar suas atividades com animais, seguindo o procedimento de submissão de formulários de proposta de uso animal (Formulário unificado para solicitação de autorização para uso de animais em ensino e/ou pesquisa, disponível no site do Concea MCTI) (Concea/MCTI, 2021). 3.6.3 Legislação É responsabilidade da CEUA, no âmbito de suas atribuições, cumprir e fazer cumprir o disposto na Lei no 11794/08 e nas demais normas aplicáveis à utilização de animais. Vale enfatizar que o não cumprimento das orientações estabelecidas neste Guia para produção, manutenção ou utilização de animais em atividades de ensino ou pesquisa pode incorrer em sanções administrativas, bem como, posteriormente, em sanções penais, caso sejam configurados maus-tratos (Concea/MCTI, 2021). A aquisição de animais para utilização nos projetos de pesquisa ou procedimentos de ensino, quando houver no Brasil a produção da espécie/linhagem de escolha, só pode ser feita de instituições credenciadas no Concea. Nos casos da aquisição de fornecedores eventuais, garantir que os animais a serem utilizados tenham qualidade condizente com os objetivos do estudo é responsabilidade do pesquisador principal e da CEUA de sua ins- tituição (Concea/MCTI, 2021). É imprescindível que os pesquisadores definam a origem dos animais a serem utilizados nos projetos encaminhados às CEUAs. Antes de escrever seu projeto o pesquisador deve perguntar-se: O uso de animais é necessário?, existe alternativa ao uso dos animais? Se existem citar quais e porque não vai empregá-las, o estudo foi planejado para produzir resultados válidos?, é necessário um estudo-piloto?, as espécies ou animais foram selecionados de forma apropriada?, há instalações, equipamentos e condições do ambiente adequadas disponíveis?, todo o pessoal envolvido está adequadamente treinado? Tem algum conhecimento sobre a biologia e 39 comportamento da espécie que vai usar?, procurou utilizar o menor número possível de animais? Se for usar animais, os seguintes dados devem constar na proposta de estudo: espé- cie e linhagem dos animais/inbred ou outbred/idade ou peso/sexo; Fonte de obtenção dos mesmos. Em resumo, o projeto deve incluir, no mínimo: O título do projeto, justificativa do projeto e para o uso de animais no projeto, objetivos, plano de trabalho e cronograma estimado, os nomes, funções e capacitação de todo o pessoal, a proveniência dos animais e as licenças exigidas, uma vez que a autorização da CEUA não exclui a necessidade de outras autorizações legais cabíveis de instituições como Instituto Brasileiro de Meio Am- biente - IBAMA, Fundação do Nacional do Índio - FUNAI, Comissão Nacional de Energia Nuclear CNEN, Conselho de Gestão do Patrimônio Genético - CGEN, Comissão Técnica Nacional de Biossegurança CTNBio, Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodi- versidade - ICMBio e outras, no caso em que a natureza do projeto as exigir, detalhes de alojamento, detalhes do protocolo que será desenvolvido, os benefícios potenciais do projeto, uma visão geral do projeto, como os princípios de Redução, Substituição e Refi- namento serão aplicados, como os animais serão monitorados, considerações como riscos potenciais a outros animais não humanos ou humanos, declaração de que o projeto segue a legislação e princípios éticos. 3.7 ENSAIOS AMBIENTAIS Neste estudo foram realizados ensaios ambientais visando avaliar o desempenho e a ro- bustez do sistema frente a diferentes condições operacionais. Dentre os ensaios previstos, destacam-se: Para a realização do ensaio de durabilidade, foi desenvolvida uma bancada com suportes específicos para fixação do pássaro taxidermizado e do sistema de acionamento do mecanismo, apresentado na Figura 19. Como solução prática e de fácil acesso, utilizou- se uma furadeira parafusadeira elétrica como motor de acionamento. O interruptor de velocidade variável da ferramenta foi ajustado manualmente e fixado com arame para garantir uma rotação constante durante o ensaio. O eixo do mecanismo, no qual o pinhão está posicionado, foi acoplado ao mandril de ajuste rápido da parafusadeira (Figura 20), permitindo a transmissão direta do movimento rotativo. O ensaio foi conduzido em três faixas de rotação distintas − baixa, média e 40 alta − com duração de 5 minutos para cada etapa, a fim de simular ciclos contínuos de operação e observar o comportamento do sistema ao longo do tempo. A Figura 21 apresenta o sistema posicionado para o ensaio, com destaque, na vista frontal, para os pontos de rotação indicados em verde, responsáveis pela movimentação do mecanismo; as asas externa e interna estão representadas em vermelho e amarelo, respectivamente. Na vista superior, observa-se o conjunto com ênfase nas partes estruturais e aerodinâmicas. Figura 19: Bancada montada com os suportes para o sistema e o motor elétrico. Fonte: Próprio Autor. Figura 20: (a) Acoplamento do eixo do mecanismo ao mandril de ajuste rápido da parafusadeira; (b) Vista lateral do sistema posicionado para o ensaio; (c) Vista isométrica do sistema posicionado para início do ensaio. (a) (b) (c) Fonte: Próprio Autor. 41 Figura 21: (a) Vista frontal do sistema posicionado para o ensaio. Nesta observa-se os pontos de rotações indicados em verde para realizar a movimentação do mecanismo. Em vermelho e amarelo tem-se a asa externa e interna, respectivamente; (b) Ensaio em vista superior: sistema posicionado com destaque para as partes estruturais e aerodinâmicas. (a) (b) Fonte: Próprio Autor. Para a realização do ensaio térmico, foi utilizada a mesma bancada apresentada na Figura 19. Como alternativa prática e acessível para simular exposição a diferentes níveis de temperatura, foi empregado um soprador térmico elétrico, posicionado em seu suporte e fixado com fita isolante, garantindo estabilidade e direcionamento adequado do fluxo de ar quente (Figura 22). O soprador térmico utilizado é o modelo Philco PH3700 Gold com Íons 2000W 2 velocidades e 3 opções de variação de temperatura. O ensaio foi conduzido em três faixas de temperatura distintas — baixa, média e alta — com duração de 5 minutos cada. Para todas as temperaturas, utilizou-se a menor velocidade do equipamento, com o objetivo de medir a variação térmica em diferentes regiões da carenagem, como a ponta das asas, o meio das asas, a cabeça e a cauda. A Figura 25 apresenta os sete pontos de aferição no corpo do sistema. As temperaturas foram aferidas por meio de um termômetro infravermelho digital industrial de alta precisão (Modelo 33207 - Marca Jiaxi). A proposta foi analisar o comportamento do sistema frente 42 às diferentes condições térmicas e identificar possíveis áreas mais suscetíveis ao acúmulo de calor. A distância posicionada do soprador térmico em relação à carenagem é apresentada nas Figuras 23 e 24. Figura 22: Arranjo frontal da carenagem e do mecanismo para o ensaio térmico, indi- cando o caminho do fluxo de ar no soprador térmico (entrada e saída). Fonte: Próprio Autor. Figura 23: Configuração superior do ensaio térmico, mostrando o sistema, com destaque para a distância entre o soprador térmico e a carenagem. Fonte: Próprio Autor. 43 Figura 24: Vista lateral do ensaio térmico, mostrando o sistema, com destaque para a distância entre o soprador térmico e a carenagem de 135 mm. Fonte: Próprio Autor. Figura 25: Sete pontos do corpo do sistema selecionados para aferição da temperatura durante o ensaio. 1 2 3 6 4 5 7 Fonte: Próprio Autor. O ensaio de estanqueidade teve como objetivo avaliar a resistência da estrutura taxidermizada à entrada de água, especialmente na região central do corpo, na qual se pode instalar o motor elétrico do VANT. Para isso, foi utilizada a bancada de ensaios previamente apresentada na Figura 19. Como alternativa prática para simular a exposição à chuva, utilizou-se um saco plástico convenientemente perfurado, posicionado a aproximadamente 155 milímetros de altura em relação ao sistema com o mecanismo instalado (Figura 27). Esta configuração garantiu uma distribuição uniforme do fluxo de água sobre toda o protótipo. Para estimar a vazão de chuva equivalente à da região do interior de São Paulo, adotou-se um método simples: posicionou-se um recipiente de volume conhecido sob o saco plástico, e utilizou-se um cronômetro para medir o tempo necessário para enchê-lo. Com esses dados, foi possível calcular a vazão volumétrica média por meio da expressão Q = V t , sendo Q a vazão média da simulação (em L/s), V o volume de água coletado (em 44 litros) e t o tempo de coleta (em segundos). Esse procedimento permitiu ajustar o fluxo de água do saco plástico furado de modo que se aproximasse da intensidade típica de uma chuva, garantindo que o ensaio reproduzisse uma situação realista sem comprometer a preservação da ave taxidermizada. Além disso, vale ressaltar que a estrutura taxidermizada perde sua proteção natural contra a água, originalmente garantida por óleos produzidos pela ave viva, foi necessário verificar se a carenagem do corpo ofereceria vedação suficiente. Para isso, foi inserido algodão seco no interior da carenagem na região do corpo da ave, atuando como indicador de umidade. O ensaio foi conduzido por 5 minutos, tempo suficiente para molhar completamente a superfície externa. Ao final do teste, avaliou-se o algodão quanto à presença de umidade, como critério para validar a eficácia da vedação da carenagem. As Figuras 26 e 27 a seguir ilustram o processo descrito neste texto. Figura 26: Saco plástico perfurado para simular chuva. Fonte: Próprio Autor. 45 Figura 27: Bancada experimental montada com suporte para o sistema e saco plástico perfurado, posicionado a uma altura de 155 mm. 1 5 5 Fonte: Próprio Autor. 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES O mecanismo apresentado na Seção 3.2 foi projetado com as seguintes dimensões: a = 7,65 mm, b = 29,8 mm, c = 28,97 mm, x = 21,03 mm, y = 30,64 mm e d = 37,16 mm. As 46 dimensões da asa interna e da asa externa são, respectivamente, 62,5 mm e 94,5 mm. A posição central da engrenagem direita está localizada a 11,5 mm em relação ao centro da abscissa, e na posição zero em relação à ordenada, ou seja, no ponto (11,5; 0). Para o lado esquerdo, basta inverter o sinal da coordenada horizontal, resultando na posição (−11,5; 0). Como o mecanismo empregado é baseado em um sistema de quatro barras, é ne- cessária a verificação da condição de Grashof para garantir a rotação completa de um dos elos. Assim, foi verificado se o mecanismo atende ao critério de Grashof, dado por 7, 56+ 37, 16 ≤ 29, 8+ 28, 97, além de verificar 44, 72 ≤ 58, 77. Portanto, conclui-se que o mecanismo é do tipo Grashof. Dessa forma, foram realizadas simulações computacionais, utilizando Python. Nestas simulações, foi realizada a integração da posição em função do tempo, considerando dois ciclos completos (duas voltas) para os pontos A, B, D e E, bem como para os ângulos θ3, β, λ, φ e ψ. Com os dados obtidos por meio da modelagem algébrica do mecanismo de batida de asas, foram gerados os gráficos mostrados nas Figuras 28, 29 e 30 representando a variação da posição dos pontos do sistema e seus respectivos ângulos em função do ângulo de rotação das manivelas para o lado da asa direita. A Figura 28 apresenta a movimentação dos pontos A e B, responsáveis por transmitir o movimento do motor para os demais elos do mecanismo. Observa-se que os pontos A e B descrevem trajetórias oscilatórias coerentes com o funcionamento de um sistema de quatro barras. A coordenada By se mantém em um patamar superior ao de Ay, o que se explica pela própria configuração geométrica do mecanismo: na Figura 15, o ponto B está localizado mais acima que o ponto A no plano cartesiano (x, y), refletindo-se diretamente nas curvas do gráfico. Além disso, nota-se que o ponto B, por estar vinculado à biela, apresenta uma oscilação mais ampla e suave, enquanto o ponto A, ligado à manivela, realiza um movimento mais restrito e quase circular. Esse comportamento evidencia a função do ponto B como elo intermediário responsável por transformar o movimento rotativo contínuo da manivela em movimento oscilatório da asa. 47 Figura 28: Gráfico que relaciona o movimento Biela-Manivela em torno do eixo XY para os pontos A e B com dois ciclos de batidas. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Ângulo de Rotação (graus) -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 Po si çã o (m m ) Movimento dos Pontos A e B Ay (Ponto A) Ax (Ponto A) By (Ponto B) Bx (Ponto B) Fonte: Próprio Autor. A Figura 29 mostra a posição dos pontos D e E, localizados nas extremidades das asas interna e externa, respectivamente. Os pontos D e E apresentam maior variação na componente vertical (eixo y), compatível com o padrão de movimento oscilatório das asas. O ponto E, por estar na extremidade da asa externa, apresenta a maior amplitude de deslocamento vertical, sendo o principal responsável pela geração de sustentação e propulsão durante o voo. Já o ponto D, ligado à asa interna, apresenta variações menores, cumprindo a função de dar suporte ao movimento da subasa mais próxima ao corpo. Essa diferença de amplitude contribui para reproduzir com mais fidelidade o padrão de voo observado em aves reais (Shi et al., 2022). 48 Figura 29: Gráfico ilustra o esquema de movimentação da asa externa, ou seja, movi- mento do ponto D e E em relação do eixo XY para dois ciclos de batidas. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Ângulo de Rotação (graus) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Po si çã o (m m ) Movimento dos Pontos D e E (Extremidade da Asa) Dy (Ponto D) Dx (Ponto D) Ey (Ponto E) Ex (Ponto E) Fonte: Próprio Autor. Por fim, a Figura 30 apresenta a evolução dos ângulos envolvidos na articulação do mecanismo, incluindo o ângulo do balancim (θ3), o ângulo da asa interna (λ), da asa externa (φ), e o ângulo relativo entre elas (ϕ). Nota-se que os ângulos variam harmo- nicamente com o giro da manivela. O ângulo φ apresenta a maior amplitude, indicando a maior movimentação da asa externa. O ângulo λ mantém uma oscilação mais suave, condizente com o papel de suporte da asa interna. Já o ângulo relativo ϕ revela o des- fasamento entre as asas, representando o movimento diferencial entre subasa interna e externa. Essa defasagem é fundamental para simular com maior realismo a dinâmica de voo, permitindo uma propagação de força mais distribuída, semelhante ao observado no bater das asas de aves (Shi et al., 2022). Ressalta-se que, devido à simetria do Mecanismo Dupla Manivela e Duplo Balancim, o comportamento do lado esquerdo é análogo. 49 Figura 30: Gráfico apresentando a oscilação dos ângulos para dois ciclos de batidas. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Ângulo de Rotação (graus) -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 Â ng ul o (g ra us ) Evolução dos Ângulos no Mecanismo 3 (Balancim) (Asa Interna) (Asa Externa) = - (Triângulo ABC) Fonte: Próprio Autor. Dessa forma, os gráficos apresentam os movimentos esperados pela movimentação do Mecanismo Dupla Manivela e Duplo Balancim. Com o mecanismo em funcionamento, deseja-se variar o dimensionamento pra adaptar ele conforme os pré-requisitos de voo, pra geração de sustentação e melhor desempenho. 4.1 MODELAGEM VIA CAD Para a modelagem do mecanismo foi adotado o material PLA (ácido poliláctico), um termoplástico biodegradável de origem natural, derivado de fontes renováveis. As Tabelas 1, 2, 3 e 4 apresentam as propriedades de massa do mecanismo obtidas no software, apresentando uma massa total de 37,56 gramas do conjunto. A Figura 31 mostra o mecanismo modelado em vista frontal, a Figura 32 em vista isométrica, enquanto a Figura 33 o detalhe da manivela e do balancim. Por fim, a Figura 34 mostra o desenho do mecanismo em vista explodida. 50 Tabela 1: Propriedades físicas do mecanismo maior Propriedade Valor Massa 37,56 g Volume 29856,04 mm3 Área de superfície 32944,10 mm2 Centro de massa (X) -79,02 mm Centro de massa (Y) -3,28 mm Centro de massa (Z) 34,95 mm Tabela 2: Momentos principais de inércia e direções associadas (no centro de massa) Direção do eixo (unitário) Momento (g·mm2) Ix = (1,00, 0,00, 0,00) 29900,36 Iy = (0,00, −0,03, −1,00) 77128,90 Iz = (0,00, 1,00, −0,03) 86460,43 Tabela 3: Momentos de inércia no centro de massa (eixo alinhado ao sistema de coor- denadas) Lxx = 29900,81 Lxy = -85,63 Lxz = -122,22 Lyx = -85,63 Lyy = 86452,15 Lyz = 275,86 Lzx = -122,22 Lzy = 275,86 Lzz = 77136,74 Tabela 4: Momentos de inércia no sistema de coordenadas de saída Ixx = 76189,12 Ixy = 9637,99 Ixz = -103861,38 Iyx = 9637,99 Iyy = 36875,24 Iyz = -4025,02 Izx = -103861,38 Izy = -4025,02 Izz = 312077,71 Figura 31: Vista frontal do protótipo modelado pelo software SolidWorks. Fonte: Próprio Autor. 51 Figura 32: Vista isométrica do protótipo modelado pelo software SolidWorks. Fonte: Próprio Autor. Figura 33: Vista detalhada do balacim e da manivela do protótipo modelado pelo software SolidWorks. Fonte: Próprio Autor. Figura 34: Vista explodida do mecanismo de asa oscilante realizado no software So- lidWorks. Fonte: Próprio Autor. 52 4.2 PROTOTIPAGEM 3D A adoção de um mecanismo simplificado teve como base a premissa de que a redução no número de componentes resulta em menor peso estrutural, menor custo de produção e manutenção, além de conferir maior confiabilidade ao sistema. Em projetos que en- volvem asas oscilantes, a leveza é um fator determinante para garantir boa relação entre sustentação e peso, favorecendo o desempenho em voo. Com esse objetivo, as peças do mecanismo e a carenagem foram produzidas por meio de impressão 3D, utilizando uma impressora Creality Print, modelo K1, com fila- mento PLA. Essa escolha permitiu otimizar o controle dimensional, reduzir o tempo de fabricação e facilitar ajustes no protótipo. A Figura 35 apresenta a engrenagem utilizada no sistema de oscilações, com 30 dentes, diâmetro de 24,5 mm e espessura de 3 mm, sendo empregadas duas unidades. Também foi utilizado um pinhão com 10 dentes, diâmetro de 9 mm e espessura de 3 mm, responsável por transferir movimento e torque entre o eixo e a engrenagem. Além desses, foram utilizadas duas unidades de asas internas e duas de asas externas no mecanismo. A Figura 36 mostra o componente de linkagem entre a engrenagem e as asas interna e externa, também com duas unidades aplicadas. Ademais, foram utilizados dois micro rolamentos de esferas MR 52 ZZ (2x5x2,5 mm), posicionados no diâmetro interno das engrenagens, com a função de suavizar a rotação entre a engre- nagem e o eixo da base estrutural. Esta base foi responsável por acomodar os principais elementos do conjunto: asas, engrenagens, rolamentos, carenagem e pinhão. Por fim, a carenagem foi empregada para conferir forma ao corpo da ave. A Figura 37 apresenta o conjunto final montado com os componentes individuais mencionados. 53 Figura 35: (a) Engrenagem com 30 dentes, diâmetro de 24,5 mm e espessura de 3 mm; (b) Pinhão com 10 dentes, diâmetro de 9 mm e espessura de 3 mm; (c) Asa interna; (d) Asa externa. (a) 'I • I • (b) (c) (d) Fonte: Próprio Autor. Figura 36: (a) Componente de linkagem entre engrenagem e asa interna; (b) Micro Rolamento Esferas Mr 52 Zz - 2x5x2,5; (c) Base estrutural do conjunto: asa, engrenagem, rolamento e pinhão; (d) Carenagem utilizada para o corpo da ave. , r \ ,- ~ " • • 1 • i, (a) (b) (c) (d) Fonte: Próprio Autor. 54 Figura 37: Vista frontal do protótipo completo fabricado por impressão 3D. Fonte: Próprio Autor. Como complemento à prototipagem em PLA, foi também realizada a fabricação do mesmo mecanismo em aço 1020, por corte a laser, com o apoio da empresa Total Health. A intenção foi viabilizar a execução de ensaios ambientais com maior resistência, especialmente os de durabilidade e resistência térmica, nos quais o PLA poderia sofrer deformações ou falhas. O modelo metálico também proporcionou maior fluidez e esta- bilidade nos testes de movimento contínuo. A Figura 38 apresenta a versão metálica do mecanismo montado, mantendo a mesma configuração da versão impressa em 3D apre- sentada na Figura 37. Figura 38: Vista frontal do mecanismo metálico cortado a laser em aço 1020. Fonte: Próprio Autor. 4.3 PROTOTIPAGEM COM TAXIDERMIA O processo de prototipagem utilizando taxidermia teve início com a abertura da pele do espécime taxidermizado, sobre a qual foi acoplada a carenagem, como mostrado na Figura 39 (a), para reconstrução da forma corporal da ave. A Figura 39 (b) ilustra o posicionamento inicial da carenagem sobre o corpo. Em seguida, como mostrado a carenagem foi fixada à pele por meio de costura, conferindo um formato mais próximo à anatomia original da ave. 55 Figura 39: (a) Posicionamento inicial da carenagem no corpo da ave; (b) Carenagem fixada por costura à pele da ave. (a) (b) Fonte: Próprio Autor. Após a fixação da carenagem, o mecanismo metálico de batida de asas (Figura 38) foi posicionado nas regiões correspondentes às asas internas e externas, como demonstrado na Figura 40. Com o mecanismo devidamente ajustado, procedeu-se à sua fixação por costura, unindo-o à pele e às penas do pássaro para garantir estabilidade e funcionalidade. A Figura 41 apresenta diferentes vistas do mecanismo integrado ao corpo taxidermizado da ave, evidenciando o resultado final da montagem. 56 Figura 40: Posicionamento do mecanismo metálico no interior da ave. Fonte: Próprio Autor. Figura 41: (a) Vista superior do mecanismo metálico montado no corpo da ave; (b) Vista frontal do mecanismo metálico montado no corpo da ave. (a) (b) Fonte: Próprio Autor. Por fim, a Figura 42 apresenta as medições realizadas na asa do sistema. A enver- gadura aferida foi de 460 mm, a corda na raiz da asa foi de 130 mm e a corda na ponta da asa, de 30 mm. Considerando essas dimensões, a área total estimada da asa é de 36.800 mm2. Figura 42: (a) Vista superior da asa do sistema, destacando a envergadura total de 460 mm; (b) Vista superior evidenciando a corda na raiz da asa, com comprimento de 130 mm; (c) Vista superior mostrando a corda na ponta da asa, com 30 mm de comprimento. (a) (b) (c) Fonte: Próprio Autor. 57 4.4 ENSAIOS AMBIENTAIS Para iniciar o teste de durabilidade, foi avaliada a amplitude de batimento das asas do mecanismo. Foi observado que a ponta da asa, em relação à fita métrica, atinge aproxi- madamente 280 mm em relação a superfície da mesa, indicando a posição de amplitude máxima do mecanismo. Para a posição de amplitude mínima, a ponta da asa atingiu cerca de 200 mm. Assim, verifica-se uma variação de 80 mm na amplitude de batimento entre as posições extrema superior e inferior. Sabendo que a parafusadeira utilizada no experimento opera até 700 rpm, o ensaio foi conduzido em três níveis de rotação: baixa, média e alta. No ensaio em baixa rotação se utilizou aproximadamente 120 rpm. O mecanismo operou de forma suave e contínua, sem sinais de aquecimento ou desgaste visível nas articulações e penas do sistema, per- mitindo operação prolongada sem prejuízos aparentes. Por outro lado, para o ensaio em rotação média se utilizou aproximadamente 400 rpm. Após a realização dos testes, foi possível observar os seguintes comportamentos: início de folga perceptível entre alguns componentes móveis, uma das engrenagens acabou descolando devido a maior rotação e vibração e uma haste saiu de seu eixo. Além disso, não houve danos nas penas e corpo do sistema. Após quatro minutos de ensaio, o eixo da engrenagem descolou da base estrutural, causando o desalinhamento da peça (Figura 43). Além disso, o pino da haste da asa interna também se soltou devido à vibração e velocidade (Figura 44). Figura 43: Eixo da engrenagem descolado e engrenagem fora da posição correta. Fonte: Próprio Autor. 58 Figura 44: Pino da haste da asa interna descolado e fora da posição correta. Fonte: Próprio Autor. Para o ensaio em alta rotação o protótipo foi submetido à rotação máxima de 700 rpm. Como havia se submetido aos ensaios anteriores, o teste durou cerca de 1 minuto e 20 segundos até que uma das asas se rompeu, interrompendo o ensaio. Nesta rotação, observou-se maior vibração do conjunto e, devido ao torque do equipamento, o protótipo começou a inclinar-se no sentido horário (Figura 45, 46 e 47). Apesar dos danos na asa, a estrutura do mecanismo permaneceu intacta. As figuras a seguir ilustram o estado final do protótipo, evidenciando o rompimento na asa esquerda e a deformação causada pelo torque do motor. Figura 45: Protótipo torcido em aproximadamente 60◦ devido ao torque do motor de acionamento. Fonte: Próprio Autor. 59 Figura 46: Segunda vista do protótipo torcido devido ao torque do motor de aciona- mento. Fonte: Próprio Autor. Figura 47: (a) Vista frontal do protótipo com a asa rompida; (b) Vista lateral do protótipo com a asa rompida; (c) Vista isométrica do protótipo com a asa rompida. (a) (b) (c) Fonte: Próprio Autor. Dessa forma, conclui-se que altas rotações promovem maior degradação na estru- tura do protótipo, restringindo a operação com velocidades elevadas e grandes amplitudes de batimento. Esses resultados fornecem subsídios importantes para futuras melhorias no projeto, especialmente na escolha de materiais, reforço das fixações críticas e estudo de alternativas taxidermizadas mais adequadas. 60 Conforme descrito na Seção 3, o ensaio térmico foi realizado considerando três níveis distintos de temperatura. A Tabela 5 apresenta as temperaturas registradas em sete pontos do corpo do protótipo, conforme indicados na Figura 25, quando temperatura ambiente estava em torno de 20,7 ◦C. Considerando uma temperatura de 38,1 ◦C medida na saída interna do soprador térmico, após 10 minutos de ensaio, as temperaturas alcan- çadas nas posições dos sete pontos do protótipo são mostradas na Tabela 6, e mostram-se cerca de 7 ◦C mais alta em termos de média. Tabela 5: Temperaturas medidas em cada um dos 7 pontos do protótipo (ver Figura 25) para o ambiente em 20,7 ◦C. Ponto Temperatura (◦C) 1 20,4 2 21,3 3 20,0 4 21,4 5 21,3 6 21,7 7 21,4 Tabela 6: Temperaturas medidas em cada um dos 7 pontos do protótipo (ver Figura 25) considerando a temperatura na saída do soprador térmico sendo 38,1 ◦C. Ponto Temperatura (◦C) 1 25,8 2 28,8 3 34,0 4 29,8 5 25,8 6 28,8 7 26,1 Após a realização dos testes foi possível observar os seguintes comportamentos: o sistema não apresentou sinais de aquecimento ou desgaste visível nas penas. Como a tem- peratura ambiente estava relativamente baixa, mesmo com o soprador térmico operando a 38,1 ◦C, foram observadas variações discretas em relação à temperatura ambiente. As regiões mais periféricas, como os pontos 1 e 5, apresentaram as menores temperaturas, devido à menor concentração de penas e à posição mais afastada do fluxo de ar. Os pon- tos 2 e 4, próximos à raiz da asa, registraram elevações moderadas pela maior densidade de penas e exposição direta ao fluxo. O ponto 3, região da cabeça, apresentou o maior 61 aquecimento, pois é a região mais a frente do sistema na hora do voo recebendo a maior quantidade de fluxo de ar quente, além disso, está mais próximo do soprador térmico. Os pontos 6 e 7, localizados na parte posterior do pescoço e cauda, não receberam todo fluxo de ar quente, provavelmente devido à formação de esteiras e sombra térmica nessas regiões. Além disso, o ponto 7 é a região mais distante em relação ao soprador térmico. Além da temperatura de 38,1 ◦C, também se considerou a de 95,1 ◦C, medida na saída interna do soprador térmico, e após 10 minutos de ensaio observou-se no protótipo as sete seguintes temperaturas, apresentadas na Tabela 7. Tabela 7: Temperaturas medidas em cada um dos 7 pontos do protótipo (ver Figura 25) considerando a temperatura na saída do soprador térmico sendo 95,1 ◦C. Ponto Temperatura (◦C) 1 38,4 2 48,8 3 69,4 4 53,2 5 33,1 6 47,7 7 39,3 Neste cenário, o sistema apresentou leve sinal de aquecimento, mas sem desgaste visível nas penas. Com o soprador térmico operando a 95,1 ◦C houve aumento consi- derável nas temperaturas registradas. As extremidades, pontos 1 e 5, continuaram com temperaturas mais baixas em comparação ao restante do corpo. As raízes das asas, pontos 2 e 4, as temperaturas tiveram aquecimento significativo, por apresentar maior concentra- ção de penas e estar mais próximo do fluxo de ar quente. No ponto 3, região da cabeça, voltou a registrar o maior valor, próximo de 70 ◦C, confirmando a sensibilidade térmica da região frontal. As zonas posteriores, pontos 6 e 7, também apresentaram elevação, mas ainda com valores inferiores às áreas centrais, provavelmente devido à formação de esteiras e sombra térmica nessas regiões e o ponto 7 ser a região mais distante em relação ao soprador térmico. Também foi avaliada a temperatura de 140 ◦C medida na saída interna do soprador térmico, e após 10 minutos de ensaio foram registradas as sete temperaturas apresentadas na Tabela 8). 62 Tabela 8: Temperaturas medidas em cada um dos 7 pontos do protótipo (ver Figura 25) considerando a temperatura na saída do soprador térmico sendo 140 ◦C. Ponto Temperatura (◦C) 1 42,2 2 63,6 3 100,8 4 63,9 5 34,0 6 52,8 7 37,1 Com o soprador térmico operando em temperatura máxima foi possível observar os seguintes comportamentos: o sistema apresentou maior sinal de aquecimento em todas as regiões, mas sem desgaste visível nas penas. Com o soprador térmico operando a 140 ◦C houve aumento significativo em relação as temperaturas ambiente. Os pontos 1 e 5 registraram elevações mais modestas, com aumento de aproximadamente 20 ◦C. Nos pon- tos 2 e 4, as temperaturas triplicaram em relação a temperatura ambiente, por apresentar maior concetração de penas e estar mais próximo do fluxo de ar quente. No ponto 3 foi registrado a maior temperatura, ou seja, quintuplicou, pois como explicado anteriormente é a região mais a frontal do sistema e estar posicionado mais próximo do soprador térmico. A parte traseira, pontos 6 e 7, embora aquecida, ainda apresentou valores inferiores, cor- roborando a tendência de sombreamento e proteção natural proporcionada pela anatomia do sistema. A Tabela 9 consolida as temperaturas aferidas nos sete pontos do corpo do sistema, registradas sob diferentes condições experimentais, com o objetivo de facilitar a avaliação dos resultados. Tabela 9: Temperaturas consolidadas nos sete pontos do protótipo sob distintas condi- ções térmicas. Ponto Ambiente (◦C) 38,1 (◦C) 95,1 (◦C) 140 (◦C) Aumento (%) 1 20,4 25,8 38,4 42,2 107,4 2 21,3 28,8 48,8 63,6 198,6 3 20,0 34,0 69,4 100,8 404,0 4 21,4 29,8 53,2 63,9 198,6 5 21,3 25,8 33,1 34,0 59,6 6 21,7 28,8 47,7 52,8 143,3 7 21,4 26,1 39,3 37,1 73,6 63 Na Figura 48 tem-se o gráfico comparativo das temperaturas registradas nos sete pontos do corpo do sistema, considerando as quatro condições: ambiente, baixa, média e alta temperatura, facilitando a visualização dos pontos mais afetados pelo aquecimento, especialmente a cabeça (P3), que apresentou os maiores valores nas faixas média e alta. Figura 48: Comparação das temperaturas registradas nos sete pontos do corpo do sis- tema considerando 4 diferentes temperaturas na saída do soprador térmico. Comparativo de Temperatura por Região da Ave e Condição Térmica P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 Pontos de Medição 0 20 40 60 80 100 120 T em pe ra tu ra ( °C ) Ambiente Baixa Temp. Média Temp. Alta Temp. Fonte: Próprio Autor. Portanto, em nenhum dos ensaios foi observado dano visível nas penas ou defor- mação do mecanismo, embora o aumento gradual da temperatura indique a necessidade de atenção especial a essa variável em aplicações de longo prazo ou em ambientes quentes. Para simular a precipitação no ensaio de estanqueidade, foi utilizado o mesmo recipiente descrito em Metodologia 3, com uma marcação indicando 20 milímetros de altura. O saco plástico furado, posicionado a aproximadamente 155 milímetros acima do recipiente, liberava água de forma contínua. O tempo necessário para que a água acumulada atingisse a marca de 20 milímetros foi de 5 minutos, conforme registrado com o uso de um cronômetro. Com esses dados, foi possível estimar a intensidade da chuva simulada. O cálculo considerou a relação entre a altura da água acumulada e o tempo gasto para essa coleta. Primeiramente, a altura de 20 milímetros foi dividida pelo tempo de 300 segundos (que corresponde a 5 minutos), resultando na quantidade de milímetros de água coletados por segundo. Em seguida, esse valor foi multiplicado pelo número de segundos que há em uma hora, ou seja, 3600 segundos, para converter a taxa de coleta em milímetros por hora, que 64 é a unidade utilizada na meteorologia para expressar a intensidade de chuvas. Ao realizar esse cálculo, chegou-se ao valor aproximado de 240 milímetros por hora. Essa intensidade representa uma condição de chuva extremamente intensa, muito acima das médias habitualmente observadas no interior do estado de São Paulo. De acordo com a classificação meteorológica, chuvas são consideradas fracas quando apresentam até 5 milímetros por hora, moderadas entre 5 e 20 milímetros por hora, fortes entre 20 e 50 milímetros por hora e muito fortes entre 50 e 100 milímetros por hora. Assim, a simulação realizada configurou um teste bastante severo para avaliar a resistência à água da estrutura taxidermizada. Dessa forma, o fluxo simulado é apropriado para testes extremos de vedação e resistência à água tanto da estrutura taxidermizada quanto do mecanismo, ainda que não represente uma condição climática típica. Para simular uma chuva forte realista (por exemplo, 30 mm/h), o tempo ideal para atingir os mesmos 20 mm no balde seria de aproximadamente 40 minutos. Após o cálculo da precipitação, iniciou-se o ensaio de estanqueidade. A Figura 49 a seguir apresentam imagens do experimento, correspondendo em particular às vistas superior (Figura 49a) e frontal (Figura 49b). Figura 49: (a) Vista superior para iniciar o ensaio de estanqueidade; (b) Vista frontal do final do ensaio após molhar completamente a superfície externa. (a) (b) Fonte: Próprio Autor. Após 5 minutos de experimento, o protótipo apresentou-se da seguinte maneira (Figura 50a). Posteriormente, o protótipo foi virado para permitir a abertura da cobertura 65 e retirada da carenagem com o algodão, conforme apresentado na Figura 50 (b): Figura 50: (a) Vista superior do final do ensaio de estanqueidade; (b) Protótipo virado para retirada da carenagem com o algodão. (a) (b) Fonte: Próprio Autor. Por fim, o algodão foi removido para verificar a presença de umidade no interior da estrutura. Observou-se que, mesmo após cinco minutos de exposição à água, e apesar da ausência do óleo natural característico das aves vivas, não houve penetração significativa de água. A região superior do protótipo ficou completamente encharcada; no entanto, a parte inferior permaneceu relativamente seca, em razão da posição adotada durante o ensaio, que dificultou o escoamento da água para essa área. Adicionalmente, o algodão manteve-se seco e intacto, indicando que, sob essa intensidade simulada de chuva, não há risco relevante de comprometimento do motor instalado internamente. Em situações envolvendo chuva, neve ou alta umidade relativa do ar, a estrutura taxidermizada pode não ser a mais adequada, uma vez que perde sua capacidade natural de repelência à água − originalmente garantida por óleos produzidos pela ave viva. Após a exposição à umidade, o corpo não se recupera naturalmente, exigindo o uso de fontes externas de calor para secagem. Nessas condições, recomenda-se substituir o revestimento natural por um corpo artificial impermeável, que reproduza a aparência externa, mas seja mais resistente à ação de agentes climáticos, garantindo maior durabilidade e menor necessidade de manutenção. 66 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e a avaliação de um modelo cine- mático bidimensional de mecanismo de asa oscilante, aliado ao uso de uma carenagem natural por meio da taxidermia, visando aplicações em Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) bioinspirados. A partir da escolha de um mecanismo baseado em manivela du- pla e balancim duplo, foi possível replicar de forma funcional o movimento oscilatório das asas, aproximando-o dos padrões naturais observados em aves reais. A implementação prática do protótipo, realizada com o suporte da modelagem CAD e da prototipagem 3D, culminou na montagem do sistema com a pele taxidermizada de uma Patagioenas cayennensis. Os ensaios ambientais realizados − de durabilidade, térmico e de estanqueidade − permitiram avaliar a robustez do mecanismo e a adequação da estrutura natural frente a diferentes condições operacionais. Os resultados obtidos demonstraram que o mecanismo apresenta um desempenho satisfatório em baixas rotações, com funcionamento contínuo e sem falhas estruturais sig- nificativas. Contudo, foram identificadas limitações importantes nas faixas de rotação média e alta, com ocorrência de descolamento de componentes e danos à estrutura ta- xidermizada, sobretudo pela ausência da proteção estrutural e natural conferida pelos óleos corporais das aves vivas. O ensaio de estanquei