Os robôs que exploram hoje o fundo do oceano utilizam movimentos pré-programados, processadores centralizados e estruturas rígidas para realizar o seu trabalho. Mas o mar é imprevisível e essa arquitetura enfrenta dificuldades sempre que as correntes mudam, a visibilidade diminui ou o terreno muda sem aviso prévio. Agora, pesquisadores do Instituto Italiano de Tecnologia (IIT) adotaram uma abordagem muito diferente para contornar tudo isso – 500 milhões de anos em construção.
Sua inspiração é o polvo. O animal tem um cérebro central pequeno, mas cerca de 60% de seus neurônios estão distribuídos por seus oito tentáculos. Cada braço pode processar informações localmente e desencadear reflexos – como agarrar uma presa – sem esperar por instruções do cérebro. É um sistema nervoso descentralizado que funcionou perfeitamente em ambientes imprevisíveis durante milhões de anos. A equipe do IIT replicou essa arquitetura, mas com silicone e eletrônicos.
O resultado é um braço robótico macio de 41 cm (16 pol.) de comprimento e 4 cm (1,6 pol.) de diâmetro na base, equipado com 10 ventosas artificiais que se estreitam em direção à ponta, como um verdadeiro tentáculo de polvo. Sem câmeras, computadores externos ou controle centralizado.
“Inspiramo-nos no polvo para desenvolver um sistema robótico no qual a percepção e a ação são integradas e distribuídas por todo o corpo”, explica Barbara Mazzolai, diretora do laboratório Bioinspired Comfortable Robotics do IIT e principal autora do estudo. “Essa abordagem permite que o robô interprete o contato e adapte sua aderência de forma autônoma, simples e pure.”
Dentro de cada ventosa, três pares de LEDs e fototransistores – componentes ópticos miniaturizados que medem a luz refletida – atuam como o sistema nervoso do tentáculo. Quando um objeto toca uma ventosa, o silicone se deforma e altera o padrão de reflexão da luz. O sistema traduz essa mudança em três dados: se o contato foi feito, com que intensidade e de que ângulo.
A sensibilidade atinge aproximadamente 400 milivolts por Newton, com uma margem de erro de força de apenas 0,1 N, aproximadamente o peso de alguns clipes de papel. A precisão direcional é igualmente nítida, com um erro máximo abaixo de 18 graus e uma média de cerca de 8 graus, semelhante à lacuna entre dois números consecutivos no mostrador de um relógio.
O controle opera em duas camadas. A primeira é puramente native: cada sugador possui um circuito próprio que aciona a sucção no momento em que detecta o contato, sem necessidade de espera por ordens. A segunda camada recebe dados de todas as ventosas, analisa a posição do objeto em uma janela de aproximadamente quatro segundos e resolve a estratégia international de agarramento – enrolar o tentáculo para cima, para baixo ou girá-lo – substituindo as decisões locais, se necessário.
“Ao integrar sensores e processamento de sinal diretamente nas ventosas, o braço reage ao contato em tempo actual e com precisão, sem depender de controle centralizado”, disse Emanuela Del Dottore, pesquisadora do Laboratório Bioinspired Comfortable Robotics do IIT e primeira autora do estudo. “O resultado é um sistema escalável e robusto projetado para operar em ambientes complexos, inclusive subaquáticos.”
IIT – Instituto Italiano de Tecnologia
Todos os experimentos foram conduzidos totalmente debaixo d’água. O braço detectou com sucesso garrafas e copos de vidro enquanto já estavam em movimento, estimou o peso de um objeto agarrado em 72,5 g (2,6 onças) contra um peso actual de 85 g (3 onças) e manipulou objetos colocados em diferentes ângulos, incluindo uma estrela do mar synthetic. A carga útil máxima atingiu cerca de 500 g (1,1 lb) e os sensores mantiveram sua precisão após 300 ciclos de uso repetidos.
Como cada ventosa envia apenas a direção de contato para o controlador principal – em vez de todos os dados brutos – o sistema requer muito menos largura de banda e pode ser facilmente dimensionado para mais ventosas ou múltiplos tentáculos sem perder velocidade de resposta.
O design também é modular. O número e o format dos sugadores podem ser reconfigurados para diferentes missões. As aplicações imediatas incluem inspeção de infraestrutura subaquática, como dutos, cabos e plataformas, bem como recuperação de amostras biológicas em ambientes onde robôs rígidos não conseguem alcançar.
O braço do IIT se junta a um campo que há anos busca inspiração no polvo. Em 2017, a empresa alemã de automação Festo revelou seu Pinça de polvo na Hannover Messe, um tentáculo de silicone controlado pneumaticamente com duas fileiras de ventosas que envolve objetos quando o ar comprimido é aplicado – um design inteligente, mas que ainda depende do controle de pressão externa e da operação humana.
Mais recentemente, investigadores da Universidade de Bristol adoptaram um ângulo completamente diferente: em vez de replicar a forma de um tentáculo de polvo, estudaram seu muco. Sua ventosa 2024 usa uma estrutura macia multicamadas e um sistema de fluido synthetic que imita a maneira como o muco do polvo sela lacunas em superfícies ásperas e curvas, permitindo que ele agarre pedras, madeira e objetos irregulares que derrotam as ventosas convencionais.
Mais recentemente ainda, investigadores da Universidade de Pequim em Pequim, da Universidade Nacional de Singapura, da Universidade de Zhejiang e do Instituto de Tecnologia de Pequim conceberam um sistema para imitar a estratégia de agarrar dos cefalópodes – o OUT-Robô’A pinça pode alternar rapidamente entre estados flexíveis e rígidos para classificar e agarrar objetos de diferentes formas, flexibilidade e peso.
O que diferencia o design do IIT de ambos é a autonomia. Ele não apenas agarra, ele resolve como agarrar. Apesar disso, a equipe reconhece que os experimentos atuais utilizaram objetos com geometria relativamente simples. Os próximos passos incluem testes com uma maior variedade de formas e pesos e integração da computação neuromórfica para aproximar ainda mais o sistema do circuito neural actual de um polvo.
A pesquisa foi publicada na revista Inteligência da Máquina da Natureza.
Fonte: IIT