“Robôs Estúpidos” Realizam Tarefas Aproveitando Características Físicas

Para que enxames de robôs atuem coletivamente, os pesquisadores devem coreografar suas interações, confiando em algoritmos avançados e componentes. No entanto, se os robôs forem simples e tiverem falta de programação avançada, o comportamento coordenado raramente pode ser alcançado.

Dana Randall, professor ADVANCE de Computação, e Daniel Goldman, professor Dunn Family, lideraram uma equipe de pesquisadores no Instituto de Tecnologia da Geórgia para abordar esse problema. A equipe se propôs a demonstrar como robôs simples ainda podem realizar tarefas que vão além das capacidades de um único robô.

A pesquisa foi publicada na revista Science Advances em 23 de abril.

Robôs Estúpidos Realizam Tarefas Complexas

Chamados de “robôs estúpidos”, a equipe usou basicamente partículas granulares móveis, e essas são o que eles se propuseram a provar que podem realizar tarefas complexas. Os pesquisadores relataram que conseguiram remover todos os sensores, comunicação, memória e computação dos robôs e aproveitaram as características físicas dos robôs para completar um conjunto de tarefas. De acordo com a equipe, essa característica é chamada de “encarnação de tarefa”.

Os BOBbots, que significa “robôs que se comportam, organizam, zumbem”, foram nomeados em homenagem a Bob Behringer, um pioneiro na física granular.

Os robôs são “tão estúpidos quanto é possível”, diz Randall. “Seus chassis cilíndricos têm escovas vibrantes embaixo e ímãs soltos em sua periferia, fazendo com que eles passem mais tempo em locais com mais vizinhos”.

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Simulações de Computador

Além da plataforma experimental, a equipe também se baseou em simulações de computador precisas lideradas por Shengkai Li, um estudante de física da Georgia Tech. Essas simulações ajudaram a estudar vários aspectos do sistema que não puderam ser examinados no laboratório.

Os BOBbots são extremamente simples, mas os pesquisadores ainda demonstraram que, quando os robôs se movem juntos e colidem, “agregados compactos se formam que são capazes de coletivamente limpar detritos que são muito pesados para um único robô mover”, explica Goldman. “Enquanto a maioria das pessoas constrói robôs cada vez mais complexos e caros para garantir a coordenação, queríamos ver quais tarefas complexas poderiam ser realizadas com robôs muito simples”.

O trabalho da equipe foi inspirado em um modelo teórico de partículas se movendo em um tabuleiro de xadrez, e, para estudar um modelo matemático dos BOBbots, um conceito teórico chamado sistema de partículas auto-organizadas foi desenvolvido. Ao utilizar a teoria da probabilidade, física estatística e algoritmos estocásticos, a equipe conseguiu provar que, à medida que as interações magnéticas aumentam, o modelo teórico passa por uma mudança de fase. Ele muda rapidamente de disperso para agregado, formando clusters compactos semelhantes a sistemas como água e gelo.

Randall também é professor de ciência da computação e professor adjunto de matemática na Georgia Tech.

“A análise rigorosa não apenas nos mostrou como construir os BOBbots, mas também revelou uma robustez inerente ao nosso algoritmo que permitiu que alguns dos robôs fossem defeituosos ou imprevisíveis”, diz Randall.