Os locais de desastres variam tanto quanto as missões de resgate. Usar a robótica para ajudar muitas vezes requer vários robôs para inspecionar, escalar, levantar ou manipular objetos. O Athena une todos esses recursos em uma plataforma única, robusta e autônoma construída para busca e resgate.
O primeiro uso documentado de robôs na resposta a desastres remonta a 1986, quando máquinas foram implantadas em Chernobyl para ajudar no reconhecimento e limpeza de radiação. Nas décadas seguintes, os robôs apareceram em inúmeros outros cenários onde enviar um ser humano primeiro period simplesmente demasiado perigoso. Eles também foram destacados ao lado de equipes de resgate, coletando dados, realizando vigilância e, em alguns casos, auxiliando.
O problema é que nunca existem dois locais de desastre iguais. Portanto, nenhuma missão de busca e resgate é idêntica. Alguns podem exigir subir escadas e coletar dados em tempo actual, enquanto outros podem exigir rastejar através de escombros e abrir travas. Como resultado, os robôs concebidos para tarefas muito específicas podem subitamente tornar-se inúteis quando outras tarefas são necessárias.
Argila Gilliland/CC 2.0
Os robôs voadores são rápidos e excelentes para inspecionar grandes áreas, mas têm dificuldade para carregar ferramentas pesadas ou interagir com o ambiente. Robôs com pernas podem atravessar terrenos complexos, mas muitas vezes são limitados em carga útil e estabilidade. Os robôs rastreados, por outro lado, são fortes e estáveis, mas tendem a sacrificar a agilidade. Você poderia implantar vários robôs, mas isso levanta um conjunto diferente de problemas.
Para enfrentar esses desafios, pesquisadores do Grupo SIM na Universidade Técnica de Darmstadt, na Alemanha, criou o Athena, um robô de busca e resgate autônomo, robusto e modular construído em {hardware} aberto. Em vez de se especializar demais, o robô combina vários recursos em uma única plataforma adaptável.
Stefan Fabiano
Ele usa principalmente trilhas para navegar em vários tipos de terreno. No entanto, ao contrário dos robôs com lagartas convencionais, que têm uma pegada relativamente rígida, as lagartas do Athena são fixadas a quatro braços articulados controlados independentemente. Em superfícies planas, os braços permanecem dobrados e o robô se transfer como um robô rastreado regular. No entanto, cada braço pode rodar e reposicionar-se, permitindo ao robô reconfigurar a sua forma geral em resposta ao terreno.
Por exemplo, quando Athena atinge um degrau ou obstáculo, as nadadeiras dianteiras se estendem para frente e para cima, enganchando-se na saliência antes de puxar o resto do robô e estabilizá-lo.
“Quatro nadadeiras reconfiguráveis individualmente melhoram significativamente a adaptabilidade ao terreno em comparação com o design anterior, onde a frente e a traseira estavam interligadas”, explica Stefan Fabian, membro da equipe de pesquisa do projeto de pesquisa emergenCITY.
Quando totalmente estendido, o robô cresce de 711 a 1.270 mm (28 a 50 polegadas) de comprimento, um alcance significativo para uma máquina de 50 kg (110 lb) que se dobra para um tamanho pequeno o suficiente para caber na bagagem de avião. Durante os testes, o Athena foi capaz de escalar degraus de até 406 mm (16 polegadas) de altura e subir escadas inclinadas em até 45 graus. Para fins de contexto, um elevador de escada padrão nos EUA tem cerca de 7,5 polegadas (191 mm).
Stefan Fabiano
Estabelecemos que Athena tem navegação bloqueada, mas isso é apenas uma peça do quebra-cabeça em cenários de desastre. Outro aspecto crítico é a manipulação. Os robôs podem precisar abrir portas, girar válvulas, pressionar botões ou recuperar objetos. Athena consegue isso com um braço extensível.
Montado no centro do robô está um braço robótico de sete articulações com alcance de mais de 150 cm (59 polegadas). Os sete articulações giratórias tornar o braço cinematicamente redundante, o que significa que há várias maneiras de posicionar o braço para obter a mesma pose do efetor last. Na prática, isso dá ao sistema mais flexibilidade para contornar obstáculos e ao mesmo tempo atingir um alvo.
O braço pode levantar 7,25 kg (16 lb) quando próximo à base e 2,9 kg (6,4 lb) quando totalmente estendido. Ele foi projetado para abrir portas, operar válvulas, pressionar botões e coletar amostras. Quando não está em uso, ele se dobra e trava magneticamente em um apoio de braço dedicado para reduzir sua pegada visible e protegê-lo durante uma direção agressiva. Na extremidade do braço há uma pinça que pode aplicar até 170 newtons (38 libras de força) de força de preensão. Um sensor de força-torque no pulso permite que o braço detecte e responda à resistência física.
Além da navegação e da manipulação, o Athen possui um conjunto de sensores que permite ver praticamente tudo. Este conjunto inclui uma câmera de profundidade RGB-D, uma câmera térmica, uma câmera RGB grande angular, um LED de alta potência e LiDAR.
Stefan Fabiano
O cérebro de todo o sistema é um PC integrado. No entanto, as tarefas com uso intensivo de GPU são transferidas para um processador externo. Os dois computadores se comunicam por meio de uma rede interna de 2,5 Gbit, com um ponto de acesso externo TP-Hyperlink que fornece conectividade sem fio a uma operadora remota. Toda a pilha funciona com um par de caixas de bateria LiPo. O robô também pode funcionar diretamente a partir de uma fonte de alimentação externa de 24 V quando for necessária uma implantação prolongada e uma conexão por cabo for viável.
Um dos aspectos menos glamorosos, mas críticos, do design do Athena é o seu sistema de parada de emergência. Quando uma máquina de 110 libras com um braço poderoso começa a se comportar de forma inesperada, você precisa ser capaz de cortar a energia imediatamente e sem questionar. A equipe da Athena construiu seu próprio sistema de parada de emergência que pode cortar a energia do robô quase instantaneamente, seja por meio de controles físicos ou de um controle remoto sem fio. Se a comunicação for perdida, o sistema será desligado automaticamente como proteção contra falhas.
Agora, o robô Athena não é o primeiro nem o único desse tipo. No entanto, o que o torna especial é a combinação única de características impressionantes. Não é todo dia que você vê um robô autônomo movido a bateria que pode escalar detritos, estabilizar-se usando suas nadadeiras, estender seu braço poderoso em um espaço confinado e girar cuidadosamente uma válvula enquanto examina simultaneamente o ambiente com uma série de sensores avançados. Sem esquecer que tudo cabe numa mala. Curiosamente, essa característica period inegociável para a equipe.
“O chassi tem que caber na bagagem padrão. Temos que viajar para competições internacionais para testar a robustez de nossas soluções, e o transporte do robô é bastante caro. Ao podermos desmontar o robô e transportá-lo como bagagem despachada, economizamos bastante dinheiro e tempo”, diz Fabian
Apesar de todas estas qualidades, talvez o que mais distingue o Athena, para além de qualquer especificação técnica, seja a filosofia da equipa. As plataformas robóticas mais avançadas são sistemas fechados. Eles são caros, proprietários e difíceis de modificar. Para os investigadores, isto cria um estrangulamento, retardando significativamente o progresso. A equipe do Athena adotou a abordagem oposta, tornando todo o sistema aberto.
“Construir um robô leve, porém poderoso, com gerenciamento inteligente de energia e computação robusta do zero é uma tarefa extremamente complexa, e esperamos que, ao abrir o código-fonte de nosso projeto completo e compartilhar nossas lições aprendidas, outros grupos que precisam de uma plataforma personalizada para suas pesquisas não precisem começar do zero”, afirma Fabian.
Os arquivos CAD completos, designs de PCB e software program de baixo nível estão todos disponíveis publicamente no GitHub. Com esse nível de acessibilidade, veremos versões atualizadas e modificadas do Athena. Melhor ainda para a robótica de busca e resgate!
Um artigo detalhando a plataforma Athena foi apresentado no IEEE Worldwide Symposium on Security, Safety, and Rescue Robotics (SSRR) 2025 e publicado em Explorar IEEE.