O robô de quatro patas pode reproduzir o movimento animal com menos atuadores

Muitos dos sistemas robóticos desenvolvidos nas últimas décadas são inspirados em animais de quatro patas (ou seja, quadrúpedes), como cães, chitas e cavalos. Ao replicar os movimentos ágeis desses animais, os robôs quadrus poderiam se mover rapidamente no chão, cruzando longas distâncias em vários terrenos e concluindo rapidamente missões.

No entanto, replicando de forma realista e robusta os movimentos fluidos observados em animais que usam sistemas robóticos podem ser muito desafiadores. Embora alguns robôs existentes de quatro pernas tenham sido muito ágeis e responsivos às mudanças em seu ambiente, esses sistemas normalmente integram atuadores avançados e componentes computacionais que consomem muita energia.

Pesquisadores do Create Lab e Delft University of Technology (TU Delft) da EPFL desenvolveram recentemente um novo robô de quatro patas chamado Paws (Automatos passivos com sinergias), que poderia reproduzir os movimentos fluidos e adaptativos dos animais usando menos atuadores. Este robô, introduzido em um artigo em Inteligência da máquina da naturezaalavanca as chamadas sinergias de motor, que são padrões coordenados de ativação muscular que permitem que os animais realizem movimentos ágeis que consomem menos energia.

“O design robótico é fortemente inspirado em exemplos biológicos”, disse Francesco Stella e Mickael Achkar, primeiros autores do artigo, ao Tech Xplore. “No entanto, o processo de extração de recursos de design da natureza geralmente depende fortemente da intuição e da experiência humana. Queríamos encontrar uma maneira mais estruturada e metodológica de fazer isso”.

Em contraste com outros robôs quadrus que executam seus movimentos por meio de estratégias de controle ativo, as PAWs também se movem, alavancando as conexões flexíveis entre suas articulações, conhecidas como acoplamentos mecânicos compatíveis. Isso permite que ele realize realisticamente movimentos dinâmicos que se assemelham aos dos animais, exigindo uma atuação mínima.

“Os animais controlam seu corpo usando sinergias de movimento – um fenômeno biológico em que o sistema nervoso central coordena padrões de ativação em diferentes grupos musculares (em vez de músculos individuais) para permitir movimentos eficientes”, explicou Stella e Achkar.

“Em nosso artigo, começamos com dados do mundo real dos cães para capturar suas principais sinergias de movimento e, em seguida, os traduzimos computacionalmente em um sistema acionado por tendão com menos motores do que as juntas. Aproveitando esse conjunto de atuação reduzido, projetamos computacionalmente Paws (automatos passivos com sinergias)”.

Para avaliar a capacidade de seus robôs de se mover passivamente (ou seja, sem confiar na atuação ativa), os pesquisadores o colocaram em uma esteira, sem conectar motores aos seus tendões. Eles descobriram que o robô poderia efetivamente correr na esteira, mesmo sem os motores, além de evitar obstáculos em seu caminho.

Além disso, ao integrar apenas quatro atuadores controlados de forma independente, os pesquisadores permitiram com sucesso as patas executarem diferentes marcha semelhante a animais (ou seja, estilos de movimento), incluindo agachamento, pé, caminhada, galopando e pulando. Seu robô quadrúpede poderá ser aprimorado e testado em breve em outros experimentos, para validar seu potencial para enfrentar vários problemas do mundo real.

“Nosso design demonstra o nível de robustez alcançável em corpos passivos por meio de acoplamento e conformidade intencional, e que, com a atuação mínima, é possível manter as vantagens da dinâmica natural, alcançando diversos comportamentos e interações com o meio ambiente”, acrescentou Stella e Achkar.

“Agora estamos continuando ativamente esta pesquisa, analisando o quão mínimo de sensação e loops de feedback simples podem aumentar ainda mais a estabilidade do nosso sistema. Queremos encontrar maneiras pelas quais possamos continuar a alavancar a dinâmica passiva do sistema e aumentar sua diversidade nos comportamentos”.

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