Engenheiro Constrói Robôs de Enxame com Múltiplas Pernas

Um pesquisador da Universidade de Notre Dame desenvolveu robôs com múltiplas pernas que podem manobrar em ambientes difíceis e completar tarefas complexas como um enxame.

A pesquisa foi publicada em Science Robotics.

Yasemin Ozkan-Aydin é professora assistente de engenharia elétrica na universidade. Ela é a responsável pela criação do novo robô.

“Robôs com pernas podem navegar em ambientes desafiadores, como terrenos ásperos e espaços apertados, e o uso de membros oferece suporte eficaz ao corpo, permite manobrabilidade rápida e facilita a travessia de obstáculos”, disse Ozkan-Aydin. “No entanto, robôs com pernas enfrentam desafios de mobilidade únicos em ambientes terrestres, o que resulta em desempenho locomotor reduzido.”

Melhorando a Mobilidade

Ozkan-Aydin hipotetizou que uma conexão física entre robôs individuais poderia melhorar a mobilidade de um sistema coletivo terrestre com pernas. Ao conectar fisicamente robôs individuais para formar um sistema com múltiplas pernas, eles podem superar desafios coletivamente melhor do que um robô individual completando tarefas pequenas.

“Quando formigas coletam ou transportam objetos, se uma delas encontra um obstáculo, o grupo trabalha coletivamente para superar esse obstáculo. Se houver uma lacuna no caminho, por exemplo, elas formarão uma ponte para que as outras formigas possam atravessar — e essa é a inspiração para este estudo”, disse ela. “Através da robótica, podemos obter uma melhor compreensão da dinâmica e do comportamento coletivo desses sistemas biológicos e explorar como podemos usar essa tecnologia no futuro.”

Construindo os Robôs

Ozkan-Aydin utilizou uma impressora 3D para construir os robôs de quatro pernas, que medem 15 a 20 centímetros de comprimento. Cada um consiste em uma bateria de polímero de lítio, um controlador e três sensores. Há um sensor de luz na frente e dois sensores de toque magnéticos na frente e na parte de trás, o que permite que eles se conectem entre si.

Com a adição de quatro pernas flexíveis, os robôs não precisam de tantos sensores e peças, e isso ajuda a interagir com terrenos ásperos ou irregulares.

“Você não precisa de sensores adicionais para detectar obstáculos porque a flexibilidade nas pernas ajuda o robô a se mover diretamente sobre eles”, disse Ozkan-Aydin. “Eles podem testar lacunas em um caminho, construindo uma ponte com seus corpos; mover objetos individualmente; ou se conectar para mover objetos coletivamente em diferentes tipos de ambientes, não muito diferente das formigas.”

Os robôs foram testados em várias superfícies, como grama, musgo, folhas e bolotas. Experimentos em terreno plano envolveram madeira de partículas e escadas com espuma de isolamento, e outros testes incluíram carpete de pelo alto e blocos de madeira retangulares.

Se uma unidade individual ficasse presa, enviava um sinal para outros robôs. Esses robôs então se conectavam para apoiar um ao outro através de obstáculos enquanto trabalhavam em colaboração.

De acordo com Ozkan-Aydin, a nova pesquisa pode ajudar no design de enxames de robôs com pernas de baixo custo que possam se adaptar a situações imprevistas e realizar tarefas cooperativas, como missões de busca e resgate, transporte coletivo de objetos e exploração espacial. Ela agora se concentrará em melhorar as capacidades de controle, sensoriamento e energia dos sistemas.

“Para sistemas de enxame funcionais, a tecnologia de bateria precisa ser melhorada”, disse ela. “Precisamos de baterias pequenas que possam fornecer mais energia, idealmente durando mais de 10 horas. Caso contrário, usar esse tipo de sistema no mundo real não é sustentável.” Limitações adicionais incluem a necessidade de mais sensores e motores mais potentes — mantendo o tamanho dos robôs pequeno.

“Você precisa pensar sobre como os robôs funcionariam no mundo real, então você precisa pensar sobre quanto poder é necessário, o tamanho da bateria que você usa. Tudo é limitado, então você precisa tomar decisões com cada parte da máquina.”