Robôs morphing podem agarrar, escalar e rastejar como insetos

Inspirando-se no mundo natural, pesquisadores da Colorado State University desenvolveram um trio de robôs que podem transformar seus corpos e pernas conforme necessário para rastejar, dançar ou nadar melhor em terrenos difíceis.

Estes novos sistemas robóticos foram concebidos para imitar a forma como os organismos biológicos adaptam a sua forma dependendo do seu ciclo de vida ou ambiente e foram desenvolvidos por uma equipa do Departamento de Engenharia Mecânica. O trabalho é descrito em um novo artigo publicado em Comunicações da Naturezaque descreve os três tipos robóticos e suas diferentes habilidades, incluindo preensão, escalada e viagens anfíbias

O professor associado Jianguo Zhao liderou a equipe de pesquisa no campus do Departamento de Engenharia Mecânica com recente doutorado. graduado Jiefeng Sun atuando como autor principal do artigo. Zhao disse que esses robôs são feitos de materiais que podem se tornar macios ou rígidos com as mudanças de temperatura e são capazes de se mover sem a necessidade de sistemas de energia volumosos, como bobinas magnéticas. Isso os torna mais versáteis e mais bem equipados para ajudar potencialmente os humanos a procurar sobreviventes em áreas restritas de desastres no futuro.

“Nosso esquema de transformação incorporado usa um músculo artificial leve, semelhante a um músculo humano, e se contrai quando a eletricidade é aplicada”, disse ele. “Ao incorporar estes músculos artificiais na coluna vertebral do robô ou na sua pele, podemos alcançar uma variedade de tipos de formas. No total, esta abordagem oferece um caminho promissor para o desenvolvimento de robôs que possam navegar e trabalhar em ambientes difíceis.”

O artigo descreve três esquemas robóticos de transformação diferentes. O primeiro design é uma pinça que pode detectar e ajustar sua forma para agarrar melhor os itens. Outro é um robô quadrúpede que pode se achatar para rastejar através de aberturas ou agarrar-se a uma saliência para passar por aberturas. O robô final não está amarrado e pode mudar o formato e a posição das pernas para alternar facilmente entre andar em terra e nadar na água. Todos esses três sistemas podem se transformar sob demanda e o processo pode ser revertido se necessário, disse Zhao.

“Os sapos podem fazer esse tipo de mudança sem esforço, por exemplo. Eles começam como girinos com cauda para nadar antes de desenvolverem pernas que os permitem pular, rastejar ou nadar”, disse ele. “Nós nos inspiramos nessas transformações, mas conseguir formas incorporadas de animais em robôs continua desafiadora e é algo que esperamos que este trabalho continue a abordar.”

Próximas etapas para os sistemas robóticos

A equipe tem trabalhado nesta pesquisa desde 2017, inicialmente lutando para encontrar um bom método de atuação – ou fazer com que os braços e as pernas se contraíssem e se movessem. A abordagem atual que utiliza músculos artificiais movidos por eletricidade permite que os sistemas mecânicos necessários fiquem contidos dentro do robô.

“Nosso sistema também pode detectar as diferentes formas ou ângulos de curvatura que ocorrem com base na mudança de resistência elétrica do músculo artificial que estamos usando”, disse ele. “Esta é uma capacidade única para o nosso sistema e permite formas ajustáveis, versáteis e precisas, dependendo da posição atual no robô.”

A equipe começará agora a refinar os sistemas e a explorar formas de tornar esses robôs mais independentes em suas atividades. No momento, os sistemas são controlados remotamente, mas Zhao prevê um momento em que eles serão capazes de operar por conta própria – decidindo qual formato ou morfologia seria melhor.

“Estamos considerando maneiras de adicionar sensores ou câmeras que possam ajudar o robô a navegar de forma autônoma e decidir por si mesmo a melhor morfologia e então aplicar e usar essa morfologia para uma locomoção com eficiência energética”, disse Zhao.