A maior parte da natureza – incluindo os humanos – é simétrica e, como as criações refletem os seus criadores, muitos robôs que criamos hoje apresentam esta simetria, com a suposição geral de que a simetria é a melhor. Pesquisadores da Duke College desafiaram essa suposição com o Argus, um robô semelhante a um ouriço-do-mar que abandona completamente a simetria convencional.
O robô não tem frente nem costas e é coberto por 20 pernas e 20 olhos, cada um apontando em quase todas as direções, dando-lhe a aparência de algo que escapou de um laboratório de matemática. No entanto, graças a esta construção não convencional, Argus pode atravessar uma ampla variedade de terrenos, mover-se com igual facilidade em quase qualquer direção e evitar danos que paralisariam muitos robôs.
Universidade Duke
Durante décadas, tratamos a simetria na robótica como uma questão de forma. Afinal, a maioria dos animaisquais são os inspiração para muitos robôssão simétricos. Mas e se a forma não for o tipo de simetria mais importante? E se a simetria fosse melhor definida pela uniformidade com que um robô pode se mover, e não pela sua aparência?
Esta questão levou os pesquisadores da Duke a desenvolver um novo princípio de design que eles chamam de simetria dinâmica ou isotropia dinâmica. Em vez de medir o quão equilibrado o corpo de um robô parece, o conceito mede quão bem um robô pode acelerar-se em todas as direções. Em termos simples, pode mover-se para norte, sul, leste, oeste, para cima ou para baixo com aproximadamente a mesma facilidade? Pense em um robô que pode andar para frente e para trás e para os lados com igual facilidade, sem precisar se reorientar.
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“A maior parte da investigação em robótica enquadra a simetria como uma questão sobre o corpo, mas argumentamos que a simetria mais poderosa está ao nível daquilo que o robô pode fazer”, diz Asst. Prof. Boyuan Chen, líder da pesquisa. “Quando um robô consegue acelerar igualmente bem em todas as direções, ele deixa de precisar enfrentar o mundo de qualquer maneira específica. Para frente e para trás tornam-se a mesma coisa. Esquerda e direita tornam-se a mesma coisa. Todo o problema do controle do robô muda de caráter.”
Para conseguir esse movimento omnidirecional, os pesquisadores simularam mais de 1.500 morfologias de robôs, buscando um plano corporal que maximizasse a simetria dinâmica. O design vencedor foi o Argus, francamente, de aparência estranha.
Argus consiste em 20 pernas telescópicas modulares que irradiam de um corpo central. Cada perna é montada no vértice de um dodecaedro common, uma forma geométrica de doze faces. Este arranjo produz uma distribuição incomumente uniforme de forças ao redor do robô, permitindo-lhe gerar movimento a partir de quase qualquer direção sem a necessidade de se reorientar primeiro.
“Assistir ao movimento de Argus é diferente de observar qualquer outro robô com o qual trabalhamos”, diz Jiaxun Liu, coautor e estudante de doutorado no Laboratório Geral de Robótica da Duke. “A primeira vez que o vimos navegar entre árvores e terrenos acidentados, mesmo sob fortes colisões, sabíamos que period algo diferente.”
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As pernas fazem mais do que fornecer locomoção. Cada um carrega uma câmera de profundidade, dando ao robô o que os pesquisadores descrevem como “percepção de corpo inteiro”. Enquanto os robôs tradicionais normalmente percebem o mundo através de uma câmera montada na cabeça ou de um conjunto limitado de sensores, o Argus vê efetivamente através de todo o seu corpo. Onde quer que apareça um obstáculo, é provável que uma de suas 20 câmeras já esteja olhando para ele.
Graças a esses recursos, o robô pode rolar sobre concreto, grama, areia, superfícies molhadas, cascas de árvores, vegetação densa e trilhas na floresta, independentemente de qual lado esteja voltado para frente. Na verdade, o conceito de “avançar” quase não se aplica ao Argus. Ele simplesmente se transfer na direção que for mais conveniente.
O robô também se mostrou surpreendentemente resistente durante os testes. Os pesquisadores o empurraram deliberadamente, desequilibrando-o e danificando partes do sistema. Argus estabilizou-se rapidamente após colisões e continuou a se mover mesmo quando três de suas pernas foram desativadas. Ele também carregava uma carga útil de 10 lb (4,5 kg) quase a toda velocidade, rastreava e empurrava um cubo de 3 pés (91,4 cm) enquanto rolava e até subia verticalmente entre paredes estreitamente espaçadas, apoiando e estendendo alternadamente diferentes grupos de pernas.
Conheça Argus: um robô omnidirecional semelhante a um ouriço-do-mar que desafia os designs tradicionais
Argus é o mais recente em uma linha emergente de robótica que se afasta das formas tradicionais em direção a formas que a análise matemática prova serem ideais, independentemente de sua aparência. Por exemplo, recentemente cobrimos um Robô adaptável desenvolvido por IA que você poderia literalmente cortar pela metade e ainda funcionaria.
Agora, esses robôs ainda têm um longo caminho a percorrer antes de chegarem ao uso actual e não são automaticamente os robôs do futuro. Pretendem simplesmente provar que a matemática, e não necessariamente a biologia, deve estar no comando da evolução dos designs dos robôs.
Argus, por exemplo, é o que eles chamam de “prova de existência”, evidência de que projetar em torno da simetria dinâmica poderia produzir benefícios no mundo actual. A equipa espera que o princípio possa eventualmente ser aplicado a tudo, desde sistemas de busca e salvamento e robôs de exploração planetária até máquinas autónomas que operam em ambientes de baixa gravidade.
Detalhes do trabalho da equipe são publicados na revista Robótica Científica.
Fonte: Universidade Duke