Agora, engenheiros da Caltech e da Northeastern University (em Boston) desenvolveram um robô multimodal que pode navegar não de duas ou três, mas de oito maneiras diferentes – incluindo caminhar, rastejar, rolar, cambalear e até voar. Dito isto, o Multi-Modal Mobility Morphobot (M4) parece mais um carrinho elegante do que qualquer coisa saída de um bestiário. O M4 tem 70 centímetros de comprimento e 35 cm de altura, com quatro pernas com duas juntas cada. Ele também possui dois ventiladores canalizados nas extremidades de cada perna, que podem funcionar como pernas, propulsores de hélice ou rodas. O robô é surpreendentemente leve – cerca de 6 quilos – considerando que isso inclui computadores de bordo, sensores, dispositivos de comunicação, atuadores conjuntos, motores de propulsão, eletrônicos de potência e bateria. É capaz de operações autônomas e independentes.
Os detalhes do M4 foram publicados em Comunicações da Natureza em 27 de junho.
O ‘transformador’ de inspiração biológica que rasteja, rola e voaVídeo da natureza
Integrar tantos modos de transporte em uma única plataforma é a primeira vez, diz Alireza Ramezani, engenheiro de robótica da Northeastern University e um dos principais investigadores. A tarefa exigia considerações de projeto desafiadoras: “No projeto de robôs multimodais, como o número de modos [of locomotion] aumenta, cada modo introduz seus próprios requisitos de design”, diz ele. Para integrar todos estes requisitos de design, os investigadores tiveram de enfrentar vários compromissos.
“Ao projetar robôs aéreos, você deseja que seus sistemas sejam extremamente leves”, diz Ramezani. “Mas se você deseja obter locomoção com pernas, precisa de atuadores volumosos que possam produzir torque nas articulações para interações dinâmicas com a superfície do solo. Esses componentes volumosos podem afetar negativamente a mobilidade aérea. E isso é apenas para um sistema com dois modos de mobilidade.” M4 pode caminhar em terrenos acidentados, escalar encostas íngremes, tropeçar em objetos volumosos, rastejar sob obstáculos de teto baixo e voar.
Os pesquisadores inspiraram-se no design da plasticidade de locomoção observada na natureza. Morteza Gharib, professor de aeronáutica da Caltech e co-líder do projeto, diz que a natureza era “um livro aberto de design para nós”, especialmente na forma como ela reaproveita os sistemas para fornecer funcionalidade. “O aspecto único [this] robô é que ele possui o maior número de funcionalidades com o mínimo de componentes, e também é capaz de tomar decisões sobre qual usar para diferentes desafios.”
A reaproveitamento foi a chave para tornar o projeto do M4 escalonável – ou seja, aumentar sua capacidade de carga útil sem comprometer sua mobilidade. Concentrar-se em como o robô poderia reutilizar seus apêndices existentes para diferentes locomoções sem introduzir massa adicional liberou capacidade de carga útil para computadores, sensores e assim por diante. A escalabilidade foi alcançada pela manipulação de redundância.
O M4 pode parecer uma simples caixa sobre rodas, mas é o primeiro robô capaz de oito maneiras diferentes de se locomover pela cidade.Universidade do Nordeste/Comunicações da Natureza
Em outras palavras, o M4 pode usar seus quatro apêndices para rolar como um veículo terrestre ou rastejar como um quadrúpede, mas também pode ficar de pé sobre dois apêndices. Em pé, o robô tem um ponto de vista mais elevado e uma locomoção mais dinâmica, mas como quadrúpede, possui quatro pontos de contato com o ambiente e, portanto, é mais estável. “Isso é [a matter of] encontrar um equilíbrio entre as compensações introduzidas por cada modo de mobilidade e o mecanismo para passar de um modo para outro é através da manipulação dessas redundâncias”, diz Gharib.
A equipe de pesquisa realizou experimentos para testar o M4 – locomoção com rodas e quadrúpedes, locomoção terrestre não tripulada, bem como locomoção aérea e muito mais. Eles relatam que o M4 mostrou total autonomia no planejamento de rotas multimodais entre viajar em terra e voar.
Usando seus sensores e computadores a bordo, o M4 foi capaz de lidar com um ambiente não estruturado, passando de rolar para voar, mas os pesquisadores querem mais. “O próximo passo para nós é ter todos [M4’s] modos de mobilidade utilizados pelo robô de forma totalmente autônoma com base nas informações sensoriais que ele coleta do ambiente”, diz Ramezani.
O financiamento para o projeto M4 veio do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e da National Science Foundation. Os pesquisadores esperam que os robôs multimodais desempenhem um grande papel nas futuras explorações espaciais. Recentemente, a NASA integrou um veículo aéreo, o minúsculo helicóptero Ingenuity, no rover Perseverance, de Marte, para atuar como explorador do veículo maior, e foi um grande sucesso, destaca Ramezani.
Deixando de lado a exploração espacial, os pesquisadores também veem potencial para operações de busca e salvamento, manuseio e entrega de pacotes, aplicações ambientais e agricultura digital, entre outros. A capacidade do sistema de alterar sua forma e formato oferece muitas vantagens em relação aos robôs com geometria fixa, diz Gharib.
Os pesquisadores ainda procuram melhorar o M4. “Não há fim para o que você gostaria de ver em um robô como este”, diz Ramezani. “Por exemplo… não é preciso muito para estender as capacidades existentes do M4 à locomoção subaquática usando seus quadricópteros.” Enquanto isso, eles também continuam a trabalhar para tornar os modos de mobilidade existentes do M4 mais eficientes.
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