e-escola

Como anda um Segway

Publicado em 30/05/2006 | Física

Segway_Fig1

Ao ver um dia uma notícia acerca do Segway na televisão, fiquei intrigado com o seu modo de funcionamento e ocorreu-me que seria interessante tentar explicá-lo de um ponto de vista físico. E haveria melhor sítio para fazê-lo do que no Circo da Física do NFISTLink externo. Mas para isso era preciso primeiro arranjar uma destas “máquinas”… O que à partida parecia uma ideia totalmente impossível de concretizar, revelou-se perfeitamente alcançável ao descobrir, numa rápida pesquisa pela Internet, que havia uma entidade em Portugal que promovia estes veículos. Tratava-se da Associação Portuguesa do Veículo Eléctrico e que (sorte das sortes!) está sediada no Campus da Alameda do Instituto Superior Técnico!

Após um contacto rápido para explicar a ideia de “estudar” fisicamente um Segway, a proposta foi extremamente bem acolhida e não tardou que estivesse a realizar o primeiro “ensaio laboratorial”.

Estou num parque de estacionamento e parece haver espaço de sobra. Entregam-me o Segway já ligado (não vamos querer fazer como o Presidente Bush que não o ligou e foi direito ao chão…) e dizem-me para subir, pois estão a agarrar-me. Subo decidido e, no exacto momento em que me largam, começo a balouçar perigosamente para a frente e para trás sem, miraculosamente, cair! Voltam-me a agarrar e dizem-me: “não te tentes equilibrar, o Segway é que trata disso – pensa que queres estar parado!” Experimentei novamente e… fiquei parado!

A polémica

Dean Kamen é um daqueles “selfmade men” americanos que se tornaram bilionários à custa de algumas ideias brilhantes e originais, tal e qual como Bill Gates. A ideia para o Segway surgiu de um outro projecto denominado IBOT em que Kamen trabalhava no início da década de 90: um dispositivo que permitia oferecer a pessoas com deficiências motoras a mesma mobilidade que a maioria toma por garantida. Para além de fazer as vezes uma qualquer cadeira de rodas eléctrica, o IBOT permitia ainda subir e descer escadas sem qualquer esforço, para além de superar todo o tipo de obstáculos. A característica que mais tarde originou o Segway, foi o facto de ter um modo em que a cadeira elevava a pessoa até uma posição totalmente vertical apoiando-se nas rodas traseiras, permitindo que o utilizador conversasse com outras pessoas ao mesmo nível.

Ao longo de dez anos, o Segway foi desenvolvido sob o nome de projecto Ginger, até que em 2001, uma fuga de informação deu origem a uma das conspirações mais badaladas da Internet , rivalizando de igual para igual com as fotografias de ovni’s ou com as “provas” de que na realidade o Homem não foi à Lua e tudo não passou de uma encenação por parte dos Estados Unidos da América. Foram criadas páginas na Internet, fóruns de discussão e havia quem jurasse a pés juntos que se tratava de um “propulsor magnético anti-gravidade”, ou então, um hovercraft movido a hidrogénio…

Finalmente, em finais desse ano o Segway foi revelado ao mundo como o meio de transporte que seria para o automóvel, aquilo que o automóvel foi para as carroças.

Tão intuitivo que parece que nos lê a mente

Utilizar um Segway requer menos habilidade que andar de patins ou, até, de bicicleta! É tão simples e intuitivo que em menos de 5 minutos já nos consideramos autênticos Schumacher’s! O pior é que aquele golpe no ego que a primeira queda constitui quando nos aventuramos demais na bicicleta nunca chega a surgir, pois o Segway trata de nos manter sempre bem equilibrados!

Uma vez superada a apreensão, basta inclinarmo-nos para a frente para que o Segway comece a andar suavemente nesse sentido. Se quisermos travar, basta inclinarmo-nos ligeiramente para trás. E quanto a curvar? Basta rodar um manípulo no guiador. Está tudo dito!

Sempre me custou a acreditar que fosse “impossível” cair e de facto não é! Mas é preciso mesmo muito para o conseguir... Nem mesmo chocar de frente com uma parede produz esse efeito! Só há duas maneiras óbvias de cair num Segway: tentar subir uma escada ou não o ligar!

Como funciona
Segway_Fig2

A facilidade de utilização do Segway resulta, muito provavelmente, do facto do seu sistema de equilibro e consequente movimento serem extremamente parecidos aos do próprio ser humano. Quando uma pessoa se encontra parada, o seu centro de massa está cuidadosamente colocado sobre a sua base de apoio, isto é, a planta dos pés. Ora, ao começar a andar, o centro de massa é deslocado ligeiramente para a frente, colocando o corpo numa situação de desequilíbrio, isto é, o centro de massa desloca-se para além da base. Face a esta situação e para evitar um desfecho trágico, só existe uma solução: deslocar a base de apoio! É exactamente isso que o nosso cérebro faz. Graças ao ouvido interior que informa o cérebro acerca da posição do corpo, deslocamos instintivamente uma perna para a frente para suster a queda. O Segway faz exactamente o mesmo, daí que ao nos inclinarmos para a frente, ele avance e ao nos inclinarmos para trás ele, recue.

Segway_Fig3

No fundo, o Segway não passa de uma versão altamente avançada em termos tecnológicos do jogo de manter uma vassoura equilibrada na palma da mão! Mas se substituir as nossas pernas por rodas e os nossos músculos por motores eléctricos não parece tão complicado quanto isso, já criar um sistema electrónico que regule todo o conjunto não é nada simples.

Imaginemos que tentamos equilibrar uma vassoura na palma da mão e que no topo do cabo prendemos a estrutura exterior de um giroscópio a rodar muito rapidamente e, portanto, bem equilibrado. Como é sabido, devido à conservação do momento angular, o giroscópio terá tendência a manter o seu eixo de rotação original quando a vassoura começar a cair… No entanto, a estrutura em que o mesmo roda, acompanhará o movimento do cabo, pelo que será possível medir o ângulo de inclinação.

Ora, utilizando uma versão mais sofisticada deste princípio, isto é, um dispositivo em sílica que recorre ao efeito de Coriolis para analisar o movimento de rotação, é possível controlar com grande precisão a posição do Segway e fazer deslocar a base, exactamente como deslocaríamos a nossa mão quando a vassoura começasse a cair, para compensar com grande rigor a queda e retomar o equilíbrio! Este sistema foi apelidado “estabilização dinâmica”.

Segway_Fig4

Existe porém uma grande preocupação com a segurança nos Segway, pelo que todos os sistemas funcionam em redundância: existem cinco giroscópios em funcionamento simultâneo, embora só sejam necessários três para funcionar correctamente e dois circuitos electrónicos totalmente independentes que se corrigem mutuamente – no caso de um falhar, o outro assume o comando permitindo parar em segurança. A exactidão necessária dos cálculos para manter o Segway equilibrado, faz com que este esteja equipado com dez microprocessadores que, em conjunto, têm cerca de três vezes mais que a capacidade de um computador comum. Numa situação normal, o sistema mede a sua posição cerca de 100 vezes por segundo garantido ajustes suaves e sem sobressaltos dos dois motores de 2 cavalos.

Há ainda que referir que o software que regula o Segway tem três modos de funcionamento de acordo com a experiência da pessoa. Desta forma, a agilidade e velocidades máximas são limitadas electronicamente para os mais inexperientes.

Os giroscópios utilizados pelo Segway consistem de uma pequena placa de sílica montada num suporte e submetida a uma corrente electroestática que induz um determinado movimento das partículas. Este movimento faz a estrutura vibrar de uma maneira previsível, no entanto quando a placa é rodada em torno do seu eixo (isto é, quando o Segway roda nesse plano em particular) as partículas alteram subitamente o seu comportamento, alterando a vibração da placa. Esta alteração é proporcional à velocidade de rotação e a informação é enviada ao computador que a interpreta e determina a posição final.

Irá vingar?

O homem por trás do Segway antevia que num futuro próximo os centros das cidades passariam a ser interditos aos automóveis e que a sua invenção asseguraria todas as deslocações de curta distância, beneficiando o ambiente e aumentando a eficácia de serviços como os correios, a segurança, etc… No entanto, o crescimento das vendas dos Segway têm ficando aquém das expectativas, por um lado por ainda se tratar de um luxo extremamente caro e portanto inacessível ao cidadão comum e por outro pelo facto de não haver cidade no mundo preparada para a circulação destes aparelhos, que embora sejam muito versáteis, ainda não superam escadas, ou passeios muito elevados.

Autor: Ricardo Figueira

© 2008-2009, Instituto Superior Técnico. Todos os direitos reservados.
  • Feder
  • POS_conhecimento