Investigadores da UC3M desenvolvem novos algoritmos para o design eficiente de motocicletas no ambiente digital

Investigadores da Universidade Carlos III de Madrid (UC3M) desenvolveram um conjunto de métodos e algoritmos inovadores que melhoram o desempenho e a precisão do design de veículos através da otimização topológica, uma técnica matemática que permite otimizar designs distribuindo os materiais de forma eficiente. Os resultados da investigação que estes cientistas aplicaram ao design de peças de um motociclo de competição para reduzir o seu peso, mantendo o desempenho, podem ter um grande impacto em setores como o automóvel ou a aeronáutica.

Graças a um filtro que trabalha diretamente com o campo de densidades por meio de algoritmos automáticos, os investigadores conseguiram fabricar peças com uma distribuição de material ideal, em função das limitações impostas, sejam elas de peso, volume, esforço ou quantidade de calor que a peça tenha de transmitir ou suportar. Os resultados da investigação foram recentemente publicados na prestigiada revista científica especializada Structural and Multidisciplinary Optimization.  

“A vantagem de utilizar a otimização topológica para o design de peças é que se obtém automaticamente a forma ideal, em vez de ser necessário aplicar diferentes iterações e cálculos”, explica um dos autores do estudo, Abraham Vadillo Morillas, do Departamento de Engenharia Mecânica da UC3M, que desenvolveu a sua tese de doutoramento nesta linha de trabalho. “Além disso, este processo tem outras vantagens, como a redução de custos diretos e indiretos. Por exemplo: um avião fabricado com uma peça mais leve que a original será mais ecológico e tornará a viagem mais barata para o passageiro”, sublinha.

Um mundo de aplicações por descobrir

Embora a validação experimental destes avanços tenha sido realizada com o objetivo de fabricar peças para motociclos, as aplicações destes métodos são muito mais amplas, uma vez que muitos setores podem beneficiar da redução do peso dos seus componentes, bem como da melhoria da sua rigidez.

«Qualquer peça sujeita a cargas ou vibrações pode beneficiar destes avanços: desde componentes de veículos a elementos de maquinaria industrial, estruturas arquitetónicas, joalharia ou mesmo moda», explica outra das investigadoras, Cristina Castejón Sisamón, professora catedrática do Departamento de Engenharia Mecânica da UC3M e responsável pelo grupo de investigação MAQLAB.

A metodologia utilizada para alcançar estes resultados consistiu em adaptar a otimização topológica aos principais processos de fabricação e melhorar a interpretabilidade e a precisão dos resultados por meio de novos algoritmos. No caso da fabricação aditiva, os investigadores desenvolveram métodos específicos para impressão 3D que já foram utilizados para fabricar componentes de motociclos e que reduziram significativamente o seu peso. 

Recentemente, a equipa começou a incorporar técnicas de inteligência artificial (IA), com o objetivo de avançar para processos de otimização ainda mais autónomos. «O nosso objetivo é desenvolver agentes que possam ajustar por si próprios os parâmetros de otimização, numa abordagem que denominamos AVM (Adaptive Variable Modeling). Desta forma, esperamos que as novas ferramentas baseadas em IA mudem o paradigma do design mecânico e permitam gerar peças ótimas de forma mais rápida, precisa e eficiente», conclui Castejón.

A tese de doutoramento desenvolvida nesta linha de investigação foi a primeira relacionada com o projeto da competição MotoStudent, na qual a UC3M participa com os seus alunos e com a associação MOTO-MAQLAB-UC3M. Esta linha de investigação teve início há mais de dez anos, com o objetivo de apoiar os alunos que participavam nesta competição. Os desenvolvimentos da investigação já são tangíveis nos diferentes protótipos que participaram em várias edições da MotoStudent, estando alguns deles expostos na entrada do Edifício Torres Quevedo do Campus de Leganés.