Testes de campo rigorosos moldam o design robótico de maneiras inesperadas

Auke Ijspeert e sua equipe do Laboratório de BioRobótica (BioRob) da Escola de Engenharia da EPFL já haviam operado seus robôs bioinformados em ambientes naturais antes, mas isso foi mais para fins de demonstração do que para rigor científico. Os testes da função robótica eram normalmente realizados em laboratório, por exemplo, utilizando vídeos de raios X para comparar os movimentos robóticos com os animais que inspiraram o seu design.

Mas isso mudou em novembro de 2015, quando Ijspeert e os seus colegas receberam um pedido dos produtores da British Broadcasting Corporation (BBC) para criar dois robôs realistas: um concebido para imitar um crocodilo e o outro, um lagarto monitor.

Ambas as espécies são encontradas ao longo das margens do rio Nilo, em Uganda, e a tarefa do BioRob era projetar e fabricar, em menos de um mês, robôs que ocultassem câmeras e que pudessem se integrar discretamente nesse ambiente para capturar o comportamento e as interações de nidificação dos répteis. .

Adaptações de engenharia

Foi um pedido que parecia bastante simples, e os pesquisadores estavam confiantes em suas habilidades devido à experiência anterior com robôs de postura extensa, como o Pleurobot e o Orobot.

Mas eles enfrentaram um primeiro desafio quando se tratava de equilibrar forma e função: os robôs desenvolvidos como parte da plataforma Krock – SpyCroc e SpyLizard – precisavam se misturar perfeitamente com crocodilos reais e monitorar lagartos para filmar suas interações, de modo que um maior porcentagem de seu peso teve que ser alocada para câmeras e pele hiper-realista.

“Parte do processo de design exigiu antecipar o que poderia acontecer mais tarde e simplificar o design tanto quanto possível para tornar os robôs mais fáceis de reparar no campo, onde o acesso a peças e equipamentos especializados é limitado”, explica Kamilo Melo, antigo pós-doutorando da BioRob. pesquisador que agora lidera a empresa de biorobótica KM-RoBoTa. Para conseguir isso, os pesquisadores contaram com componentes de baixo custo que seriam fáceis de trocar ou substituir.

No terreno, no Uganda, as próprias condições do terreno colocaram desafios inesperados. O clima de 38 graus faria com que as temperaturas dentro dos robôs subissem até 80 graus, resultando em superaquecimento e desligamento. Isso exigiu que os pesquisadores trabalhassem rapidamente antes que a temperatura diária subisse e encontrassem soluções alternativas, como operar os robôs em curtos períodos intercalados com períodos de resfriamento.

Eles tiveram que simplificar o projeto robótico tanto quanto possível para minimizar o número de peças de conexão, já que mais juntas significavam mais pontos de acesso para areia, poeira e umidade. O que inicialmente parecia ser um ponto forte do projeto Krock – como a rigidez estrutural – acabou se tornando um problema, já que o terreno acidentado simplesmente causaria a quebra de componentes inflexíveis.

O laboratório BioRob publicou recentemente as lições aprendidas como um recurso de pesquisa e metodologia de código aberto em Robótica Científica. Eles esperam que sua experiência, juntamente com especificações de projeto usando componentes comumente disponíveis e simples, porém robustos, ajude outros pesquisadores a replicar sua plataforma para seus próprios projetos.

Construindo um biorobô melhor

Com base na sua experiência em África, os investigadores desenvolveram uma versão melhorada da plataforma Krock, Krock-2, que é mais robusta, flexível e à prova de água. Com menos necessidade de elementos de camuflagem elaborados, como pele de látex realista, o robô atualizado tem grande potencial para resposta a desastres e aplicações de resgate.

A experiência também inspirou novos caminhos de pesquisa no laboratório BioRob. “Um grande tema que integra robótica pura e neurociência é o desenvolvimento de pele tátil com sensores que podem detectar forças de interação com o ambiente”, diz Ijspeert.

“Na robótica, em geral, somos muito bons em replicar a propriocepção, mas somos muito ruins em replicar todos os sentidos que temos na pele, como calor e tato. em nossos robôs parecidos com salamandras.”

No lado industrial, Melo está usando sua experiência com a plataforma Krock para explorar a confiabilidade robótica na KM-RoBoTa. “Do ponto de vista do usuário, acho que a confiabilidade é muito importante e, com base no que aprendemos em campo, estamos nos concentrando mais em como garantir que os robôs não falhem, mesmo que esteja chovendo ou sob condições imprevisíveis”, diz ele.

Mas tanto para Ijspeert quanto para Melo, as melhorias técnicas na plataforma Krock baseadas em testes de campo são apenas um bônus. Eles explicam que estão mais interessados ​​em utilizar a experiência no Uganda para melhorar os robôs bioinformados como ferramentas científicas – por exemplo, na paleontologia robótica para compreender a locomoção de espécies extintas como os dinossauros.

Embora ossos e fósseis possam ser usados ​​para criar animações e estudar a cinemática, para compreender os movimentos dinâmicos dos dinossauros é necessário construir um modelo físico que esteja sujeito às mesmas leis físicas dos animais do passado.

“Tudo o que fizemos para melhorar o desempenho robótico no campo é muito emocionante porque é útil para busca e salvamento e outras aplicações. Mas no laboratório BioRob, a nossa principal contribuição é colaborar com investigadores da neurociência, biomecânica e paleontologia para usar robôs como uma ferramenta física para resolver questões científicas”, diz Ijspeert.

“Com nossas contribuições de código aberto neste estudo, esperamos tornar essas plataformas mais acessíveis, ao mesmo tempo que permanecemos suficientemente precisas para fins científicos”.