ENGENHARIA - Ciência Aplicada

Transcrição

1 ENGENHARIA - Ciência Aplicada J. Norberto Pires, norberto@robotics.dem.uc.pt,

2 A Engenharia éuma arte profissional que visa a aplicação de ciência para a utilização óptima de recursos naturais nas tarefas e necessidades próprias do homem. Éuma arte profissional, pelo que significa capacidade, destreza e treino. Precisa de formação superior e experiência profissional. Baseia-se na utilização de ciência e de recursos naturais. E o que é necessário para conhecer e estudar a natureza? É necessário conhecer sua linguagem que é a Matemática. É necessário conhecer a base das ciências naturais que é a Física (e a Química). Um bom engenheiro é um matemático porque essa é a sua língua, o seu modo de pensar e a sua forma de ser rigoroso, mas também um físico, porque se questiona sobre as coisas, tenta relacionar, observa, formula hipóteses, desenvolve explicações, testa-as, corrige o raciocínio e as hipóteses, e testa de novo e... eventualmente resolve o problema, ou dá mais um passo na direcção da solução. A Matemática e a Física (e Química) são muito importantes, são parte integrante da Engenharia, pois é nelas que a Engenharia se baseia é o ano Mundial da Física

3 Mas a Engenharia é essencialmente uma actividade profissional que visa a aplicação de ciência na actividade humana diária. Essa actividade é hoje multifacetada, pelo que existem várias especialidades de Engenharia: Mecânica, Civil, Electrotécnica, Informática, Materiais, Física, Ambiente, Biomédica, Minas, Geológica, etc.. A divisão da Engenharia em especialidades não existia até ao século XIX. Até essa altura só existiam os Engenheiros Militares e os não militares, ou seja, os Engenheiros Civis. A Engenharia Mecânica é uma engenharia muito versátil. É limitativo encarar um Engenheiro Mecânico como um profissional que lida com máquinas. Ao invés, um Engenheiro Mecânico tem intervenção num conjunto muito variado de áreas que incluem, entre outros, os materiais, os processos de fabrico, a produção e utilização da energia, a automação e o controlo, a robótica, a electricidade e as máquinas eléctricas, a manutenção, a gestão e a qualidade. A Engenharia Mecânica éuma engenharia de integração destas várias áreas, proporcionando aos seus licenciados um perfil versátil e competente. Por essa razão, são muito requisitados pela indústria, estando entre os profissionais de Engenharia que não conhecem a palavra desemprego.

4 Vou contar uma história, sobre Engenharia, usando uma das áreas que mencionei e que é a minha especialidade: A Robótica. A história é contada por um Engenheiro Físico, com Mestrado em Física e Doutoramento em Engenharia Mecânica. O termo Robô (robot) vem do Checo robota que significa trabalho, e foi usado pela primeira vez em 1921 por Karel Capek no seu romance Rossum s Universal Robots. Os robôs de Capek eram máquinas de trabalho incansáveis, de aspecto humano, com capacidades avançadas mesmo para os robôs actuais. A fantasia associada aos robôs e que nos é oferecida pelos romances de ficção científica, filmes, banda desenhada e desenho animado, está tão longe da realidade que os actuais robôs industriais parecem não mais que versões primitivas dessas fantásticas máquinas (por exemplo, o C3PO, o R2-D2 e aquelas fantásticas máquinas de guerra capazes de caminhar dos filmes da série Star Wars, o Exterminador e o Cyberdyne T1000 dos filmes Terminator I e II, o Bishop do filme Allien II, etc.). Robô de Capek

5 Robôs de filmes de ficção científica. Engenharia Mecânica - Universidade de Coimbra

6 Robôs de filmes de ficção científica.

7 Apesar disso, essa fantasia não é nova. Corresponde a um dos grandes sonhos do homem desde os tempos mais remotos: reproduzir-se a si próprio por meios mecânicos criando um escravo ideal, isto é, capaz de executar as tarefas humanas, incansável e obediente. Como escreveu o grande inventor americano de origem Croata Nicola Tesla no virar do século: I conceived the idea of constructing an automaton which would mechanically represent me, and which would respond, as I do myself, but, of course, in a much more primitive manner, to external influences. Such an automaton evidently had to have motive power, organs for locomotion, directive organs, and one or more sensitive organs so adapted as to be excited by external stimuli Grandes pensadores da nossa história comum se dedicaram a imaginar, projectar e construir mecanismos capazes de copiar alguma(s) das capacidades humanas. De entre aqueles cujos trabalhos chegaram aos nosso dias, vale a pena salientar Ctesibius, Leonardo da Vinci, Nicola Tesla,

8 Gregos Os primeiros trabalhos sobre robôs talvez tenham sido os relógios de água com figuras móveis, projectados pelo engenheiro Grego Ctesibius (270 AC). O seu trabalho teve seguidores como Philo de Byzantium (200 AC), discípulo de Ctesibius e autor do livro Colecção de Mecânica onde descreve o trabalho do mestre, Hero de Alexandria (85 AC) conhecido como o grande engenheiro Grego e inventor do motor a vapor, e o engenheiro Romano Marcus Vitruvius (25 AC). Em todo o caso, os seus trabalhos tinham um carácter meramente lúdico ou estético. É curioso verificar que apesar dos grandes conhecimentos evidenciados pela cultura Grega em anatomia humana, o que era bem evidenciado pela perfeição e realismo da sua estatuária, isso não tenha sido aproveitado para projectar mecanismos que reproduzissem algum trabalho útil. Poderemos argumentar que não precisavam, dada a enorme abundância de escravos, ou que não possuíam a tecnologia necessária. São factos. No entanto, isso nunca foi impedimento para os espíritos inventivos, inteligentes e dedicados, como sem dúvida eram os Gregos e que lhes permitiu criar uma cultura que influenciou muitos outros povos e culturas, chegando assim aos dias de hoje. A verdade é que eles davam muita importância à parte lúdica, estética e contemplativa. Faltava-lhes a noção de aplicabilidade prática dos seus conhecimentos e criações.

9 Relógio de água.

10 Árabes A noção de aplicabilidade foi a contribuição dos Árabes e de homens como Badías-Zaman Isma Il bin ar-razzaz al-jazari (1150? ?; datas estimadas) no livro A Ciência dos Mecanismos Engenhosos, onde descreve inúmeros mecanismos da sua autoria ou baseados nos estudos dos Gregos (compilados no início do século IX pelos três Banu Musa por ordem do Khalif de Bagdad Abdullah Al- Manum ( )).

11 Leonardo da Vinci O grande Leonardo da Vinci ( ) também se dedicou largamente ao estudo da robótica [4] [13]. Devo confessar que descobri o génio de Leonardo quando iniciei a compilação desta nota de revisão histórica. Fiquei abismado com as capacidades, interesses e universalidade deste homem do renascimento. Dotado de um intelecto superior, o artista Leonardo da Vinci percebeu que a visão era um meio fundamental para adquirir conhecimento, estudar e perceber os fenómenos naturais: Saper Vedere ( saber ver ) era a chave para desvendar as criações naturais e com esse conhecimento imaginar e projectar mecanismos que tentavam reproduzir as características naturais em que estava interessado. Desenvolveu um invulgar poder de observação que aliado à sua enorme e reputada capacidade para desenhar objectos tal como eram, se tornou no seu principal instrumento de investigação. Anotava os seus estudos de forma gráfica (o texto servia para complementar os gráficos e esquemas) nos seus cadernos de apontamentos (Codex Atlanticus, Ms.B. Ms.I.,, hoje guardados no Museu da História da Ciência - Florença, Itália, ou pertencentes a colecções particulares como é o caso do Codex Leicester que pertence a William (Bill) Gates, fundador da Microsoft). Do seu maior livro de apontamentos, o Codex Atlanticus, faltam algumas páginas precisamente na altura em que parecia preparar-se para projectar um robô (fig.1.3). Isso levou alguns investigadores a especular que as páginas em falta continham os estudos para um robô espectacular de aspecto humano (uma cavaleiro andante com uma armadura Germano - Italiana típica do Séc. XV). Teria sido projectado entre 1495 e 1497 [14], mais ou menos na altura em que pintou A Última Ceia e elaborou a decoração da Sala delle Asse do castelo da família Sforza em Itália (O ambiente retratado nos tectos e paredes da sala, uma floresta de árvores altas, com as cúpulas pintadas no teto e os tronco nas paredes, parece ser o ambiente adequado para um cavaleiro andante mecânico). Era, ao que se pensa, capaz de mover a cabeça e braços, levantar-se e sentar-se, abrir e fechar o maxilar da armadura, emitir sons, etc. Teria pelo menos dois sistemas de juntas diferentes: pernas com três graus de liberdade (joelhos, tornozelo e anca) e braços com 4 graus de liberdade (ombro, cotovelo, pulso e mãos). A fonte de energia era hidráulica, recorrendo a canais que passariam por debaixo da sala. Mas ele poderia ter pensado em usar também molas e/ou contrapesos. Este projecto seria o corolário lógico dos seus estudos de anatomia e mecânica.

12 Engenharia Mecânica - Universidade de Coimbra

13 Nicola Tesla Nicola Tesla ( ) deu uma contribuição pioneira e visionária para a evolução da robótica. Tesla trabalhou com o grande inventor Thomas Edison e era um inventor brilhante, incansável e dedicado. Era o arquétipo do inventor: solitário, distraído, abstraído das coisas normais da vida, com uma dedicação exclusiva e quase doentia ao seu trabalho e visionário. Sonhou (e não é assim que tudo começa) com autómatos capazes de tarefas só possíveis a seres vivos inteligentes. Para isso, os autómatos necessitavam de um elemento correspondente ao cérebro humano. Como isso era complicado, lembrou-se de usar o seu próprio cérebro para comandar o autómato; nas suas próprias palavras: But this element I could easily embody in it by conveying to it my own intelligence, my own understanding. So this invention was evolved, and so a new art came into existence, for which the name teleautomatics has been suggested, which means the art of controlling movements and operations of distant automatons. Para demonstrar as suas ideias, construiu um modelo de um barco submersível controlado à distância usando impulsos hertzianos codificados (controlado por rádio, portanto). Podia comandar o barco para virar à direita ou à esquerda, submergir e emergir, etc. Apesar de ter demonstrado publicamente a sua invenção no Madison Square Garden de Nova York (1898), perante uma assistência espantada, não conseguiu obter fundos para continuar as suas investigações. Morreu pobre em 1943 com uma pequena pensão do governo Jugoslavo.

14 Engenharia Mecânica - Universidade de Coimbra

15 Presente...

16 O advento de máquinas ferramenta capazes de produzir componentes com elevada precisão (Séc. XIX), a disponibilidade de várias fontes de energia para actuação (hidráulica, pneumática e eléctrica), os conceitos sobre transmissão mecânica, motores, suspensões, a disponibilidade de sensores, etc., permitiu construir, entre outras, máquinas que permitiam emular o braço humano.