Por Syl Kacapyr
Os engenheiros da Cornell desenvolveram um coletivo robótico que se comporta menos como uma máquina e mais como um materials que flui, se remodela e se adapta ao seu ambiente sem controle centralizado.
O sistema, denominado Cross-Hyperlink Collective, consiste em dezenas de pequenos robôs que possuem mobilidade limitada individualmente, mas juntos exibem movimento coordenado e sustentado. A pesquisa, publicado em 20 de maio na Science Roboticsdemonstra um sistema robótico que se assemelha à matéria mole, deformando-se e reorganizando-se continuamente à medida que se transfer, impulsionado pelo que os pesquisadores chamam de inteligência mecânica.
“Em vez de depender de computação e comunicação explícitas, o sistema transfere a inteligência para a forma dos robôs e suas interações físicas”, disse a autora correspondente Kirstin Petersen, professora associada de engenharia elétrica e de computação e bolsista do corpo docente Aref e Manon Lahham na Cornell Duffield School of Engineering. “Estamos aproveitando a dinâmica de contato para permitir o surgimento de comportamentos úteis, para que o sistema se estabeleça naturalmente em configurações que reduzem as tensões internas e melhoram o movimento.”
Cada módulo robótico mede cerca de 200 milímetros de comprimento e 20 milímetros de largura e contém um pequeno motor que o faz oscilar entre duas formas, um “I” e um “U”. Essas oscilações geram forças contra o solo, permitindo que os módulos avancem lentamente e se empurrem uns contra os outros. Em cada extremidade do módulo há remendos de velcro fracos, permitindo que eles travem e destravem temporariamente nos módulos vizinhos.
Por si só, os módulos se movem de forma lenta e ineficiente. Mas quando se enredam em cadeias, começam a mover-se colectivamente, auto-organizando-se em configurações mutáveis que se revelam resilientes em ambientes desafiantes.
Em superfícies inclinadas, cadeias de módulos robóticos moviam-se de forma mais confiável do que indivíduos, que muitas vezes paravam dependendo de sua orientação. Em campos de obstáculos, o colectivo comportava-se como um materials fluido no qual se formavam ligações para manter a coesão e depois se separavam para evitar bloqueios.
“Não importa se um módulo está com a bateria comprometida ou falha por outros motivos”, disse a autora principal Danna Ma, professora visitante de engenharia elétrica e de computação. “O sistema permanece funcional porque pode se adaptar. É redundante e não depende de nenhum módulo.”
Apesar da abordagem mínima, os pesquisadores mostraram que mesmo uma pequena quantidade de computação pode melhorar as propriedades do sistema. Para aumentar a coesão, os módulos isolados emitem um sinal sonoro de socorro, fazendo com que os módulos próximos diminuam a velocidade e permitam que o retardatário se reconecte.
“Não há detecção ou controle centralizado”, disse Ma. “Cada módulo pode inferir quando perdeu contato com o grupo pelo quanto está sendo empurrado e então usar um zumbido para desacelerar os módulos próximos enquanto o alcança. É simples assim.”
Coautores do Instituto de Tecnologia da Geórgia desenvolveram o design authentic do módulo, que Petersen e Ma refinaram ao longo de anos de experimentação e análise estatística para melhorar sua capacidade de emaranhar e operar em grandes números. Esse processo revelou como mesmo mudanças sutis no tamanho do módulo e outras características podem influenciar a eficácia com que eles se conectam e se movem como um grupo.
O Cross-Hyperlink Collective se inspira em géis ativos – materiais cujas ligações moleculares se formam e se dissolvem continuamente, mantendo a estrutura geral. As descobertas podem ajudar a inspirar novas formas de engenharia de matéria mole, embora os investigadores vejam principalmente o sistema como uma ferramenta para estudar como a inteligência mecânica pode dar origem a comportamentos emergentes resilientes em coletivos de robôs.
“É útil começarmos a pensar sobre o que podemos codificar na física do próprio sistema, à medida que os robôs são cada vez mais aplicados a cenários do mundo actual que são altamente não confiáveis e dinâmicos”, disse Petersen. “De forma contraintuitiva, ao abrir mão do controle exato sobre as configurações e a coordenação, ganhamos uma gama surpreendente de comportamentos úteis.”
Universidade Cornell