Robô morphing se transforma em um terreno desafiador em sua vantagem

De cabras da montanha que correm de rostos de rochas quase verticais a tatus que rolam em uma bola protetora, os animais evoluíram para se adaptar sem esforço às mudanças em seu ambiente. Por outro lado, quando um robô autônomo é programado para atingir uma meta, cada variação em seu caminho pré-determinado apresenta um desafio físico e computacional significativo.

Os pesquisadores liderados por Josie Hughes no Laboratório Criado na Escola de Engenharia da EPFL queriam desenvolver um robô que pudesse atravessar diversos ambientes com tanta acesso quanto os animais mudando de forma em tempo real. Com a cabra (boa em todos os terrenos), eles conseguiram exatamente isso – e criaram um novo paradigma para locomoção e controle robóticos no processo.

Graças ao seu design flexível e durável, a cabra pode se transformar espontaneamente entre uma forma plana de “rover” e uma esfera à medida que se move. Isso permite alternar entre dirigir, rolar e até nadar, enquanto consome menos energia do que um robô com membros ou apêndices.

“Enquanto a maioria dos robôs calcula o caminho mais curto de A a B, a cabra considera a modalidade de viagem e o caminho a ser seguido”, explica Hughes. “Por exemplo, em vez de percorrer um obstáculo como um riacho, a cabra pode nadar direto. Se seu caminho é montanhoso, ele pode rolar passivamente ladeira abaixo como uma esfera para economizar tempo e energia e depois dirigir ativamente como um veículo espacial quando o rolamento não é mais benéfico”.

A pesquisa foi publicada em Robótica científica.

A conformidade é fundamental

Para projetar seu robô, a equipe Create se inspirou em todo o reino animal, incluindo aranhas, cangurus, baratas e polvos. A abordagem bioinspirada da equipe levou a um design altamente compatível, o que significa que se adapta em resposta à interação com seu ambiente, em vez de permanecer rígido.

Essa conformidade significa que a cabra pode alterar ativamente sua forma para alterar suas propriedades passivas, que variam de ser mais flexível em sua configuração rover a ser mais robusta como uma esfera.

Construído a partir de materiais baratos, a estrutura simples do robô é feita de duas hastes de fibra de vidro elástica que se cruzam, com quatro rodas sem aro motorizadas. Dois cabos orientados a guincho alteram a configuração do quadro, diminuindo, em última análise, como tendões para desenhá-lo firmemente em uma bola. A bateria, o computador a bordo e os sensores estão contidos em uma carga útil pesando até 2 kg que é suspensa no centro da estrutura, onde está bem protegida no modo esfera – muito como um ouriço protege seu ventre.

O caminho de menor resistência

Crie Ph.D. O aluno Max Polzin explica que a conformidade também permite que a Goat navegue com o mínimo de equipamento de detecção. Com apenas um sistema de navegação por satélite e um dispositivo para medir a própria orientação do robô (unidade de medição inercial), a cabra não carrega câmeras a bordo: simplesmente não precisa saber exatamente o que está em seu caminho.

“A maioria dos robôs que navegam em terrenos extremos tem muitos sensores para determinar o estado de cada motor, mas graças à sua capacidade de alavancar sua própria conformidade, a cabra não precisa de detecção complexa. Ele pode alavancar o ambiente, mesmo com o conhecimento muito limitado, para encontrar o melhor caminho: o caminho da menor resistência”, diz Polzin.

Os caminhos futuros de pesquisa incluem algoritmos aprimorados para ajudar a explorar as capacidades exclusivas de robôs compatíveis e compatíveis, além de dimensionar o design de Goat para cima e para baixo para acomodar diferentes cargas úteis. Olhando para o futuro, os pesquisadores veem muitas aplicações em potencial para o seu dispositivo, do monitoramento ambiental à resposta a desastres e até da exploração extraterrestre.

“Robôs como a cabra podem ser implantados rapidamente em terrenos desconhecidos com sistemas mínimos de percepção e planejamento, permitindo que eles transformem desafios ambientais em ativos computacionais”, diz Hughes. “Ao aproveitar uma combinação de reconfiguração ativa e adaptação passiva, a próxima geração de robôs compatíveis pode até superar a versatilidade da natureza”.