Investigação aeroespacial ganha força na UBI através do AEROG

Inserido no Laboratório Associado em Energia, Transportes e Aeroespacial (LAETA) e sob a coordenação de André Silva, o Aeronautics and Astronautics Research Center (AEROG) reúne investigadores da Universidade da Beira Interior em cinco grupos científicos, desenvolvendo investigação nas áreas da aeronáutica, astronáutica e tecnologias associadas.

Atualmente, os investigadores do AEROG desenvolvem investigação em cinco grupos:
· Materiais e Processos de Fabrico (MMP – Materials and Manufacturing Processes);
· Estruturas e Sistemas Mecânicos (SMS – Structures and Mechanical Systems);
· Energia, Ambiente e Sustentabilidade (EES – Energy, Environment and Sustainability);
· Sistemas e Controlo Inteligentes (ISC – Intelligent Systems and Control);
· Biomecânica (BM – Biomechanics)

As atividades de investigação do grupo EAS focam-se no desenvolvimento de soluções tecnológicas mais eficientes e sustentáveis para os setores aeronáutico e aeroespacial. O trabalho do grupo abrange diversas áreas fundamentais, desde a análise macroscópica de combustíveis alternativos até à modelação microscópica de fenómenos de transporte e de combustão.

As principais linhas de atividade do grupo são:

1. Combustíveis de Aviação Sustentáveis (SAF) e Descarbonização
   O grupo avalia o impacto da introdução de biocombustíveis, como o HVO (Hydrotreated Vegetable Oil), na redução das emissões de CO2 até 2050, utilizando modelos de dinâmica de frota (FSDM). Estudos de caso específicos analisam o ciclo de aterragem e descolagem (LTO) em aeroportos, como o de Lisboa, quantificando as reduções de gases de efeito estufa e de poluentes, como NOx e SO2.
2. Dinâmica de Gotas e Sprays
   Um dos pilares científicos do grupo é o estudo do comportamento de gotas individuais e de sprays, essencial para otimizar a preparação da mistura ar-combustível e a eficiência da combustão. O grupo investiga o impacto em superfícies secas, molhadas e microestruturadas, definindo os limites dos regimes de deposição e splashing. Destacam-se investigações sobre a encapsulação de bolhas e a formação de coroas líquidas sob a influência de escoamento cruzado.
3. Combustão Avançada e Nanocombustíveis
   Utilizando fornos de queda (drop-tube furnace), o grupo caracteriza a queima de gotas isoladas de biocombustíveis. Um desenvolvimento inovador é o estudo de nanocombustíveis, no qual nanopartículas de alumínio (n-Al) são adicionadas ao SAF para aumentar a densidade energética e as taxas de queima, por meio da absorção de radiação e de fenómenos de microexplosão.
4. Fluidos Supercríticos e Criogénicos
   No âmbito da propulsão aeroespacial, o grupo investiga o comportamento de jatos criogénicos em condições supercríticas e transcríticas, típicas dos motores de foguetes a combustível líquido. A investigação recorre a equações de estado reais para capturar as variações não lineares de densidade e de condutividade térmica perto do ponto crítico, e a modelos de turbulência para prever a estabilidade do jato e a quebra térmica em ambientes de alta pressão.

Em resumo, o grupo EAS combina técnicas experimentais avançadas com modelação computacional complexa para responder aos desafios globais de eficiência energética e de redução do impacto ambiental na aviação e na propulsão aeroespacial.

Liderando a vanguarda da biotecnologia aplicada, o grupo de investigação MMP do AEROG impulsiona a transição para uma economia circular através da engenharia de materiais bioderivados e da funcionalização bioativa de última geração. Ao integrar o potencial disruptivo de biomoléculas com função antimicrobiana, pigmentos bacterianos, extratos naturais, e nanofibras de biopolímeros — extraídos tanto de síntese bacteriana como de desperdício têxtil e alimentar — desenvolvemos soluções de alto valor acrescentado para os setores da saúde, proteção, têxtil e embalagem. A nossa abordagem diferencia-se pela utilização pioneira de solventes verdes (NADES) e processos biotecnológicos, consolidando um percurso de excelência que não só faz ‘escola’ na academia, como redefine a competitividade do tecido socioeconómico através de tecnologias sustentáveis, escaláveis e de base biológica.

Alguns projetos em curso no grupo:

FCT – DeepNDye – Exploration of the Potential of Deep Eutectic Solvents in Green and Sustainable Textile Dyeing. Reference: 15885 – COMPETE2030-FEDER-00700100.
O DeepNDye visa reduzir o impacto ambiental do tingimento têxtil. NADES serão usados na extração de pigmentos e bioativos de fontes naturais como algas e desperdícios da indústria e agricultura. Os bioativos e pigmentos, dispersos nos NADES, substituem os corantes sintéticos no tingimento, reduzindo a quantidade de água requerida. O uso de pigmentos e bioativos pode conferir propriedades adicionais aos têxteis, incrementando o seu valor final.

FCT/BPI, Fundação LaCaixa – NaturTex
O projeto visa valorizar desperdícios agroflorestais e subprodutos silvícolas e frutícolas de espécies subvalorizadas das regiões do interior de Portugal. Utilizando a química verde, emprega solventes eutécticos naturais para extrair compostos bioativos e pigmentos de espécies como o carvalho (Quercus spp.) e de árvores de fruto como a amendoeira, a cerejeira, a oliveira e o mirtilo, para serem aplicados no tingimento e funcionalização bioativa de fibras têxteis naturais.

UNITA SG_236_CEE – SG_236_CEE – LANARIS – Composites from Wool Keratin for Circular Applications.
O LANARIS explorará técnicas ecológicas de extração e funcionalização, recorrendo a processos avançados como o electrospinning para a produção de nanofibras e materiais reutilizáveis, recicláveis e potencialmente compostáveis. Estes desenvolvimentos visam aplicações em setores estratégicos para as áreas rurais e de montanha, tais como isolamento térmico, mantas agrícolas e eco-produtos de interior.

A investigação do grupo SMS centra-se em pilares fundamentais, como a segurança, a eficiência e a inovação tecnológica, no domínio aeroespacial e interdisciplinar. No setor espacial, o trabalho incide na análise da estabilidade e do controlo de plataformas, vitais para a operação de satélites e sondas, e na defesa planetária, por meio da modelação dos impactos de asteroides para prever efeitos e apoiar estratégias de mitigação.

Em paralelo, têm sido desenvolvidos algoritmos de Machine Learning e IA com aplicação direta no aeroespacial. Entre os principais desenvolvimentos, destacam-se modelos preditivos de colisões entre aves e aeronaves, um problema que gera prejuízos de milhões de euros por ano e coloca vidas em risco. Foram igualmente concebidos sistemas capazes de antecipar turbulência CAT, invisível aos radares convencionais e responsável por inúmeros incidentes a bordo.

Outros modelos permitem prever atrasos aeroportuários e a sua propagação em rede, apoiando companhias aéreas e gestores na otimização de slots e na redução do caos operacional. A par destes avanços, estão a ser desenvolvidas soluções de IA orientadas para fatores humanos na aviação, identificando padrões de erro que antecedem acidentes, com o objetivo de os prevenir antes que ocorram.

Na vertente aerodinâmica, a investigação explora fenómenos de perda dinâmica, asas batentes e mecanismos de propulsão inspirados na natureza. O grupo desenvolveu um novo perfil aerodinâmico para aumentar a eficiência propulsiva em regimes instáveis. Atualmente, utilizam-se redes neuronais para prever coeficientes aerodinâmicos e captar comportamentos não lineares, e está em curso uma nova geração deste perfil otimizada por IA.

O carácter interdisciplinar do grupo estende-se à medicina. Destaca-se um software de IA para medir a miopia infantil, sem o recurso a fármacos desconfortáveis (cicloplegia). Na área da oncologia, estão a ser desenvolvidos modelos de IA que integram dados genómicos, transcriptómicos e clínicos de mais de 20 tipos de tumores para mapear vulnerabilidades biológicas e personalizar o tratamento. Adicionalmente, trabalha-se num modelo para prever a eficácia e o número ideal de sessões de quimioterapia, visando substituir protocolos genéricos por decisões personalizadas que reduzam o sofrimento do paciente sem comprometer a eficácia da cura.

O grupo de investigação ISC do AEROG tem vindo a integrar ferramentas para redefinir a otimização e controlo no domínio aeroespacial, abrindo caminho a operações mais eficientes, seguras e autónomas.

Na atmosfera, tal como no espaço, o número de variáveis envolvidas é elevado, por exemplo, variações atmosféricas ou gravitacionais difíceis de prever. Tradicionalmente, os sistemas de controlo são concebidos para responder a cenários antecipados. Contudo, na exploração aeroespacial, o imprevisto é a regra. É neste contexto que se enquadra o trabalho desenvolvido por este grupo de investigação.

Na forma clássica, a otimização ou o controlo exige cálculos de elevada complexidade computacional. As atividades do grupo procuram alterar este paradigma, através do desenvolvimento de algoritmos que permitem aos veículos “aprender” como selecionar o percurso mais eficiente e seguro. Recorrendo a redes neuronais, os investigadores possibilitam que aeronaves e veículos espaciais ajustem e adaptem a sua trajetória em ambientes dinâmicos e incertos, garantindo uma maior eficiência e segurança operacional.

As áreas de investigação principais abrangem:

• Otimização e Controlo 4D: Foca-se em leis de controlo para transferência orbital, reentrada atmosférica e navegação 4D, incluindo o descarte sustentável de satélites em órbita baixa (LEO).
• UAVs e Drones Autónomos: Algoritmos para adaptação de trajetórias diante de incertezas de voo e sistemas de deteção de falhas em atuadores, para garantir a segurança operacional.
• Gestão de Tráfego Aéreo: Previsão de trajetórias para sequenciação e fusão de tráfego, aumentando a segurança e a flexibilidade em zonas de alta densidade.

As atividades futuras passam por centrar-se na aplicação de algoritmos de Machine Learning cada vez mais robustos. Esta abordagem permite que um veículo simule milhões de cenários em poucos segundos, encontrando autonomamente soluções ótimas para trajetórias operacionais com controlo associado, mesmo na ausência de dados históricos. As aplicações previstas incluem, entre outras, a monitorização de detritos espaciais e o controlo coordenado de enxames de UAVs ou drones em contextos como a vigilância territorial.

O trabalho desenvolvido pelo grupo de investigação tem implicações diretas no setor aeroespacial. A aplicação de ferramentas de Machine Learning torna viáveis missões que anteriormente eram consideradas computacionalmente impraticáveis, como a navegação ao longo de trajetórias 4D sob condições incertas, adversas e não previstas. Com estas atividades, o grupo contribui não só para o reforço da soberania tecnológica, mas também para a resiliência da indústria aeroespacial a nível ambiental e económico.

O grupo de investigação em Biomecânica (BM – Biomechanics) foca-se no desenvolvimento de soluções avançadas para a Medicina regenerativa, especificamente hidrogéis, estruturas 3D (scaffolds) e veículos à nanoescala. Uma das principais áreas de atuação é o desenvolvimento de hidrogéis baseados em redes poliméricas porosas que mimetizam a matriz extracelular, permitindo a proliferação celular e a difusão de nutrientes. Mais recentemente, o grupo tem vindo a desenvolver hidrogéis inteligentes sensíveis a estímulos físico-químicos, como variações de pH e temperatura, direcionados para aplicações em Engenharia de Tecidos, nomeadamente no tratamento de lesões cutâneas. A biocompatibilidade, biodegradabilidade e propriedades antimicrobianas exibidas por estes hidrogéis contribuem para acelerar a cicatrização e ajudam a manter a homeostase da pele.

À semelhança da pele, o tecido ósseo também desempenha várias funções no corpo humano, destacando-se a locomoção, a proteção dos órgãos internos, a reserva de cálcio e a sustentação. Este tecido tem a capacidade de se auto-regenerar, contudo, quando os defeitos ósseos são extensos, devido à ocorrência de fraturas ou doença, são necessários tratamentos clínicos dispendiosos e nem sempre eficazes. Nos últimos anos, o grupo de Biomecânica produziu, por meio de técnicas de prototipagem rápida, diferentes estruturas 3D contendo alginato, b-Tricálcio fosfato ou hidroxiapatite para serem aplicadas na reparação/regeneração óssea.

Outras doenças, como o cancro, as doenças infetocontagiosas ou as patologias de origem genética, que atualmente ainda são consideradas incuráveis, têm impulsionado a investigação na área da nanotecnologia. O desenvolvimento de novas técnicas que permitem manipular a matéria na escala nanométrica tem contribuído para a conceção e produção de novos nanoveículos (dendrímeros, micelas, nanopartículas, etc.) que efetuem a entrega de moléculas biologicamente ativas, como fármacos e ácidos nucleicos, em células disfuncionais. Neste contexto, este grupo de investigação tem desenvolvido nanopartículas poliméricas e micelares que são capazes de “entregar” de uma forma específica múltiplos fármacos a células cancerígenas.

Alguns projetos em curso no grupo:

• HY4Bone – Hidrogéis contendo grafeno e células para a regeneração do osso. European Regional Development Fund. URL: https://www.compete2030.gov.pt/operacoes/listagem/COMPETE2030-FEDER-00695800/ Proj. Ref.: COMPETE2030-FEDER-00695800.
• Polymer-IR780 conjugate based Tetrazine-Norbornene click injectable in situ forming hydrogels: fine-tuning the polymer chemistry for the immuno-photothermal/photodynamic therapy of metastatic breast cancer. Fundação para a Ciência e a Tecnologia. Proj. Ref.: 2024.15547.PEX.

Num futuro próximo, os grupos da AEROG esperam que os resultados da sua investigação possam ter impacto na indústria aeronáutica, aeroespacial, farmacêutica e, acima de tudo, no bem-estar da população em geral.

Projeto UID/50022/2025: https://doi.org/10.54499/UID/50022/2025. Financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) | AEROG www.aerog.pt | LAETA www.laeta.pt | FCT www.fct.pt

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