Uma nova estratégia para regular a rigidez de robôs inspirados em cobras

Os sistemas robóticos inspirados na natureza podem ajudar a resolver com eficiência uma ampla gama de problemas, desde a navegação em ambientes complexos até a conclusão perfeita de missões em equipe. Nos últimos anos, os roboticistas criaram um número crescente de sistemas bioinspirados concebidos para replicar a estrutura corporal e os movimentos de vários animais, incluindo cobras.

Robôs semelhantes a cobras podem ter várias vantagens sobre outros sistemas com estruturas corporais mais convencionais. Devido ao seu corpo flexível e aos movimentos deslizantes, eles poderiam alcançar áreas pequenas e confinadas que de outra forma seriam de difícil acesso, por exemplo, movendo-se dentro de tubulações, minas e outros ambientes desafiadores.

Apesar do seu potencial, até agora os robôs cobra não foram implantados com sucesso em grande escala. Isto se deve em parte às dificuldades encontradas ao tentar modular efetivamente a rigidez desses sistemas, permitindo-lhes realizar os movimentos desejados e alcançar as posições alvo com alta precisão.

Pesquisadores da Universidade de Lancaster, do Instituto de Tecnologia de Pequim e da Universidade de Tecnologia do Norte da China decidiram recentemente desenvolver uma nova estratégia de design que poderia ajudar a regular melhor a rigidez dos robôs cobras. O método proposto, descrito na revista Bioinspiração e Biomiméticafoi aplicado ao desenvolvimento de um braço robótico semelhante a uma cobra com 20 graus de liberdade (DoF).

“Os robôs cobra têm sido amplamente utilizados em ambientes desafiadores, como espaços confinados”, escreveram Nan Ma, Haqin Zhou e seus colegas em seu artigo. “No entanto, a maioria dos robôs cobra existentes com grandes relações comprimento/diâmetro têm baixa rigidez, e isso limita sua precisão e utilidade. Para remediar isso, uma nova estrutura ‘macro-micro’ auxiliada por uma nova estratégia abrangente de regulação de rigidez é proposta neste artigo .”

A estrutura macro-micro desenvolvida por esta equipe de pesquisa pode melhorar a precisão posicional de robôs semelhantes a cobras enquanto navegam em espaços confinados, tanto acima quanto abaixo do solo. Esta estrutura é acompanhada por uma estratégia abrangente recentemente desenvolvida para regular a rigidez do robô, bem como um modelo cinetostático projetado para estimar erros.

“O atrito interno, a variação da rigidez do cabo em função da tensão e seus efeitos na rigidez estrutural do braço da cobra sob diferentes configurações foram incorporados ao modelo para aumentar a precisão da modelagem”, escreveram Ma, Zhou e seus colegas. “Finalmente, os modelos propostos foram validados experimentalmente em um protótipo físico e sistema de controle (erro: 4,3% e 2,5% para configurações retas e curvas, respectivamente).”

Ma, Zhou e seus colegas usaram o projeto proposto para desenvolver um protótipo de sistema, que então avaliaram em uma série de testes iniciais. Suas descobertas foram altamente promissoras, pois sua estratégia lhes permitiu ajustar a tensão dos cabos que conduzem os movimentos do braço em forma de cobra em uma média de 183,4%.

No futuro, este estudo recente poderá informar o desenvolvimento de sistemas robóticos inspirados em cobras de melhor desempenho, que podem ser modulados com maior precisão e, assim, completar melhor missões em ambientes complexos e altamente confinados. Esses robôs podem ser extremamente valiosos para auxiliar agentes humanos durante operações de busca e salvamento, para monitorar ambientes subterrâneos e para inúmeras outras aplicações avançadas no mundo real.

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