Habilidades de Aterrissagem de Gecos Podem Ser Usadas em Robótica

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, e do Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes em Stuttgart, Alemanha, demonstraram como os gecos usam suas caudas para manobrar no ar. Essa habilidade permite que eles se corrijam quando caem após perder o apoio e também pode ajudá-los a se propelir sobre a superfície de um lago.

As descobertas serão publicadas esta semana no jornal Nature Communications Biology.

Essas técnicas são muito úteis em robótica e já estão sendo implementadas em robôs semelhantes a gecos.

Descobertas Surpreendentes Sobre Gecos

Robert Full é um professor de biologia integrativa da UC Berkeley, e Adria Jusufi é um membro da faculdade da Max Planck Research School for Intelligent Systems e ex-aluno de doutorado da UC Berkeley. Os dois fizeram uma descoberta importante e surpreendente de que os gecos também usam suas caudas para ajudar a se recuperar quando eles caem de cabeça em uma árvore.

Quedas de cabeça são bastante comuns entre os gecos, e Jusufi documentou isso com câmeras de vídeo de alta velocidade.

“Observar os gecos de uma elevação na copa da floresta foi abrir os olhos. Antes de decolar, eles moviam a cabeça para cima e para baixo, e de lado a lado para ver o alvo de aterrissagem antes de pular, como se estivessem estimando a distância de viagem”, disse Jusufi.

Os vídeos mostram que o gecko, neste caso o gecko de cauda achatada comum da Ásia, agarra o tronco com seus dedos com garras e almofadas quando colide com a árvore. Isso ajuda a cabeça e os ombros a rebater, e o gecko tem alavanca para pressionar sua cauda contra o tronco, o que impede que ele role para trás.

“Longe de estagnar, alguns desses lagartos ainda estão acelerando ao impacto”, disse Jusufi. “Eles caem de cabeça, inclinam-se para trás, cabeça sobre calcanhares, em um ângulo extremo em relação à vertical – eles parecem um suporte de livros afastado da árvore – ancorados apenas por suas pernas traseiras e cauda, enquanto dissipam a energia do impacto. Com o reflexo de parada de queda acontecendo tão rápido, apenas o vídeo em câmera lenta pode revelar o mecanismo subjacente.”

De acordo com os cientistas, outros pequenos e leves animais saltadores, como lagartos, também podem usar essas técnicas.

“Eles podem ter planos mais longos que são mais planos de equilíbrio, e eles aterrissam de forma diferente, mas, por exemplo, se eles estão tentando escapar, eles escolhem fazer esse tipo de comportamento, em parte porque o tamanho importa”, disse Full. “Quando você é tão pequeno, você tem opções que não são soluções para coisas grandes. Então, isso é uma solução mediada pelo corpo que você não tem se for maior.”

Estruturas semelhantes às caudas de geckos podem ser usadas para ajudar a estabilizar robôs voadores, como drones, ajudando-os a aterrissar em superfícies verticais.

Os pesquisadores são os primeiros a documentar, modelar matematicamente e reproduzir esse comportamento em um robô macio.

“Exaptações são estruturas que foram cooptadas para muitos comportamentos, não importa para o que essa estrutura evoluiu originalmente, e aqui está uma que você não esperaria”, disse Full. “Você pode ver como essa capacidade incrível de ser robusto pode permitir essas exaptações.”

“Até recentemente, as caudas não haviam recebido tanta atenção quanto as pernas ou asas, mas as pessoas agora estão percebendo que devemos pensar nesses animais como cinco pernas, de certa forma – pentapodia”, disse Jusufi.

De acordo com Full, os engenheiros robóticos estão adicionando cada vez mais funções aos robôs e estão aprendendo que podem introduzir uma nova parte para cada capacidade.

“À medida que evoluímos nossos robôs e sistemas físicos, os engenheiros querem fazer mais coisas. E adivinha? Em algum momento, você não pode otimizar um robô para tudo”, disse ele. “Você tem que usar coisas para outros comportamentos para obter esses comportamentos.”

https://www.youtube.com/watch?v=LXRAWypJBPI&t=3s

Construindo o Robô

Os pesquisadores construíram um robô com cauda após criar suas partes com Carbon M2, uma impressora 3D de última geração projetada especificamente para estruturas macias. Os pés foram equipados com Velcro para que pudessem grudar ao contato, e a cauda tinha um mecanismo que faria com que ela pressionasse para baixo quando as pernas dianteiras atingissem uma superfície e escorregassem.

O robô com cauda demonstrou sucesso semelhante ao fazer aterrissagens difíceis. Na natureza, os gecos com caudas aterrissam com sucesso em superfícies verticais sem cair 87% do tempo. Robôs sem cauda demonstraram capacidade de aterrissar com sucesso 15% do tempo nos testes, mas o novo robô com cauda foi capaz de aterrissar 55% do tempo nos testes.

Os pesquisadores também descobriram que robôs com caudas metade do comprimento da cabeça e do corpo combinados foram quase tão bem-sucedidos quanto os mais longos que eram do comprimento do focinho-ventre. Eles também descobriram que robôs com caudas curtas exigiam duas vezes a força do pé para permanecer presos à árvore.

A equipe continuará estudando os gecos e procurando por novos princípios para aplicar aos robôs, especialmente robôs macios em superfícies verticais.

“A evolução não é sobre otimalidade e perfeição, mas sim sobre suficiência. A solução apenas boa o suficiente realmente desempenha um papel importante ao dar a você uma amplitude de capacidades para que você seja muito mais robusto em ambientes desafiadores”, disse Full. “A evolução parece mais um remendador que nunca realmente sabe o que produzirá e usa tudo o que está à sua disposição para fazer algo que funcione.”

“Animais arbóreos pequenos sem adaptações morfológicas óbvias para o voo estão sendo cada vez mais encontrados para exibir capacidade surpreendente para manobrar no ar. Modelos físicos de robótica macia podem ajudar a decifrar o controle de soluções mecanicamente mediadas para aterrissagem”, disse Jusufi.