Nova ferramenta calcula a dinâmica intrínseca para movimentos do robô sem esforço

Animais de quatro patas que começam a andar e gradualmente ganham velocidade cairão automaticamente em trote em algum momento. Isso ocorre porque seria necessária mais energia para não alterar a marcha. Essa correlação foi descoberta há mais de 40 anos. Agora, Alin Albu-Schäffer, professor da Cátedra de Sistemas Robóticos Baseados em Sensores e Sistemas de Assistência Inteligente da TUM, transferiu com sucesso este método para o movimento de robôs.

Os especialistas usam o termo “dinâmica intrínseca” para designar a forma como humanos e animais realizam movimentos com eficiência energética. Por exemplo, eles ajustam a rigidez dos músculos quando caminham sobre uma superfície mais rígida. Essas adaptações intrínsecas, que acontecem automaticamente, são difíceis de identificar em humanos e em sistemas robóticos complexos.

Ferramenta filtra os movimentos mais econômicos

Mas uma nova ferramenta desenvolvida por uma equipe liderada pelo Prof. Albu-Schäffer da TUM torna isso possível. “Pela primeira vez conseguimos tornar calculáveis ​​esses movimentos intrínsecos e altamente eficientes. A ferramenta permite descobrir quais movimentos de um sistema são particularmente econômicos.”

Um importante objeto de teste na pesquisa da equipe é o BERT, um robô de quatro patas que se parece com um cachorrinho. O BERT foi projetado pelo Prof. Albu-Schäffer no Centro Aeroespacial Alemão (DLR). A pesquisa, que se concentra na “locomoção eficiente e versátil com as pernas”, foi publicada no Biologia Computacional PLOS.

Os pesquisadores identificaram seis padrões de movimento para o BERT, que o Prof. Albu-Schäffer descreve como excepcionalmente fáceis e que não exigiriam nenhuma energia em um mundo sem atrito. Alguns correspondem aos andamentos familiares dos quadrúpedes, como caminhar, trotar ou pular.

“Confirmamos assim a hipótese de que marchas eficientes podem ser realizadas explorando padrões naturais de oscilação”, explica o Prof. Albu-Schäffer, que também está envolvido no Instituto de Robótica e Inteligência de Máquinas de Munique (MIRMI).

Atingindo oscilações naturais com tempo preciso

Para realizar esses movimentos em um sistema natural com fricção, foi adicionado um regulador controlado por computador que fornece um impulso no momento certo.

“Você pode comparar isso a uma criança sentada em um balanço de playground e recebendo um impulso energético no ponto mais alto do pai que está empurrando”, explica Annika Schmidt, da equipe de pesquisa do Prof. Com uma diferença: “Os humanos não precisam de muitas equações na cabeça para cronometrar com exatidão o impulso – eles fazem isso intuitivamente”, diz o estudante de doutorado, que passou vários anos estudando como ensinar aos robôs o ritmo certo. Essa pesquisa foi apresentada na Conferência Europeia de Controle de 2024.

O sucesso é demonstrado numa corrida entre três modelos de BERT. O cão-robô, que foi programado com o método de movimento intrínseco, tende a pular e se mover muito mais rápido e dinamicamente do que seus irmãos, que dependem de padrões de movimento mais convencionais.