Cubli: Criando um cubo que se equilíbria sozinho

Temos pouco conteúdo sobre hardware aqui no TabNews, e eu mesmo nunca mexi com hardware para tentar criar algo, mas vi um artigo num blog gringo muito interessante. O nome do artigo é Balancing cube, e foi escrito pelo Willem, um engenheiro mecânico de 26 anos que criou o blog em 2012.

Nesse projeto, o Willem criou um cubo que consegue se equilibrar numa ponta, podendo rodar simultaneamente em torno do seu eixo de forma controlada. Isso é feito usando controles inteligentes e um conjunto de três rodas de reação. Você pode ver um vídeo do cubo em ação no YouTube, e o código está disponível no GitHub.

A ideia original veio de pesquisadores da ETH Zürich, da Suíça, que demonstraram o "Cubli" nesse vídeo. Seu design foi melhorado em alguns aspectos nos anos posteriores. Inclusive, uma das melhorias notáveis foi feita por pesquisadores da USP (vídeo), que introduziram um conceito de controles aprimorado, reduzindo o número de IMUs (unidades de medida inercial) necessárias para apenas um em vez de seis.

O cubo feito pelo Willem.

Por mais que isso possa parecer um "projeto inútil", feito apenas por hobby ou diversão, o Willem disse:

(...) embora esta seja principalmente uma ótima experiência de aprendizado e projeto de pesquisa, as rodas de reação são frequentemente usadas em satélites (como o telescópio James Webb) para fins de controle de atitude.

O artigo é longo, repleto de imagens, e o autor compartilha quase que um passo a passo do que fez, falando sobre o projeto mecânico, o projeto eletromecânico, o projeto do controlador e os ajustes finos.

O eixo do motor é inserido no rolamento e a ponte é conectada ao painel frontal por meio de quatro parafusos. Esse processo é realizado três vezes, para montar três lados do cubo.

A placa-mãe tem um design personalizado e integra os três controladores de motor, IMU, placa de desenvolvimento ESP32-S3 e alguns componentes de suporte, como circuitos de proteção e reguladores de tensão.

O custo dos materiais ficou por volta de €2500, o que dá por volta de R$ 13.300, usando cotação na data de publicação do artigo como base.

O Willem ainda pretende adicionar freios mecânicos às rodas de reação. Isso permitirá que as rodas sejam freadas rapidamente, resultando em torques muito maiores do que os motores podem fornecer, o que possibilita manobras de salto que, por sua vez, permitem que o cubo chegue sozinho à sua posição de equilíbrio. Ele também menciona que, até onde sabe, esse recurso é exclusivo do Cubli original, e está tentando uma abordagem diferente do mecanismo de travagem que o Cubli utiliza.