Um robô contínuo inspirado nas trombas dos elefantes

Robôs convencionais baseados em articulações separadas nem sempre funcionam bem em tarefas complexas do mundo real, particularmente aquelas que envolvem a manipulação hábil de objetos. Alguns especialistas em robótica têm tentado criar robôs contínuos, plataformas robóticas caracterizadas por infinitos graus de liberdade e nenhum número fixo de juntas.

Os robôs contínuos são normalmente baseados em cabos ou outros componentes deformáveis ​​que podem se mover mais livremente e não são restritos por estruturas de juntas fixas. Apesar dessas vantagens, muitos projetos de robôs contínuos propostos ainda não podem navegar com eficiência em ambientes complexos e não estruturados.

Pesquisadores da Sun Yat-Sen University, Dalian University of Technology e London South Bank University desenvolveram recentemente um novo robô contínuo inspirado nas trombas dos elefantes. Este robô, apresentado em um artigo publicado na Robótica Suavetem um design personalizável que permite a sua adaptação a diferentes aplicações.

“Descobrimos que os robôs contínuos acionados por cabo existentes sempre demonstram perfis em forma de círculo após a deformação, o que pode dificultar sua interação com ambientes de curvatura variável”, disse Jianing Wu, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Tech Xplore. “Para superar essa limitação, tentamos propor um paradigma robótico contínuo para adaptação a cenários de aplicação com curvaturas variadas.”

As trombas dos elefantes são naturalmente divididas em segmentos finitos conectados por pseudo-articulações. Isso permite que os elefantes interajam com ambientes não estruturados de forma mais eficiente, por exemplo, espremendo sua tromba de forma flexível em espaços estreitos ou alcançando galhos mais altos.

Devido à sua conformação única, a rigidez de diferentes segmentos da tromba do elefante pode ser regulada de forma independente e ajustada para dobrar de maneiras diferentes. Em última análise, isso permite que o elefante adapte a forma de sua tromba para realizar diferentes tarefas e alcançar objetos com várias formas.

“Inspirados nos movimentos das trombas dos elefantes, apresentamos um robô contínuo com distribuição de rigidez pré-programável para resolver o problema de robótica que estávamos tentando resolver”, explicou Haijun Peng, outro pesquisador deste estudo. “Ao regular a distribuição de rigidez, nosso robô de inspiração biológica não apenas demonstra vários padrões de deformação, mas também é capaz de se mover por dutos com curvaturas variadas”.

O robô inspirado na tromba do elefante criado por Wu e seus colegas é baseado em uma estrutura de tensegridade de classe 3 composta por vários elementos elásticos, que são distribuídos uniformemente por toda a estrutura. Isso permitiu que os pesquisadores programassem as características locais de rigidez do robô simplesmente substituindo elementos elásticos por outros com diferentes magnitudes de rigidez.

“Beneficiando-se da diferença na distribuição de rigidez, o robô contínuo exibe várias configurações robóticas sob um critério de atuação idêntico”, disse Wu. “Nosso robô contínuo bioinspirado é capaz não apenas de interagir conformemente com ambientes de curvatura variável, mas também simplificar a complexidade dos sistemas de controle e atuação necessários, aproveitando a inteligência inerente”.

Até agora, os pesquisadores usaram seu design para criar um protótipo de robô composto por 12 módulos elásticos. Eles então mostraram suas capacidades de deformação em uma série de testes, focando em diferentes cenários do mundo real.

“A evolução de longo prazo e sem fim levou os animais a exibir capacidades incríveis”, disse Wu. “Se tivéssemos todo o cuidado para observá-los, poderíamos colher um espectro de paradigmas de design bio-inspirados para futuros sistemas robóticos. Por exemplo, inspirados pelo comportamento de interação das trombas dos elefantes, poderíamos apresentar um robô contínuo mais flexível para satisfazer os requisitos de interação em ambientes de curvatura variável.”

No futuro, o robô contínuo criado por esta equipe de pesquisadores pode ajudar a automatizar mais tarefas do mundo real em ambientes não estruturados, difíceis ou impossíveis de resolver usando robôs com estruturas de articulação rígidas. Devido ao seu design exclusivo, o robô também pode suportar simultaneamente diferentes funções através da instalação de diversos efetores finais, como garras e sensores.

“Gostaríamos agora de desenvolver estratégias inteligentes para regulação da rigidez, pelas quais a capacidade dos robôs contínuos pode ser aprimorada ainda mais na exploração de cenários imprevisíveis em tempo real”, acrescentou Wu. “Por exemplo, alguns materiais avançados serão empregados para fabricar os elementos de mola, como a liga com memória de forma (SMA) e o elastômero dielétrico (DE)”.

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