O robô ‘Swarm of one’ é uma máquina única composta de módulos independentes

Meus colegas e eu construímos um robô composto de muitos blocos de construção, como as células de um organismo multicelular. Sem um “cérebro” ou um controlador central no sistema, nosso robô, apelidado de Loopy, depende do comportamento coletivo de todas as suas células para interagir com o mundo.

Nesse sentido, chamamos Loopy de enxame robótico. Mas Loopy também pode ser visto como um único robô, já que todas as células estão conectadas; portanto, Loopy também é “um enxame de um”. Esta investigação poderá levar a robôs adaptativos que adaptem as suas formas e movimentos aos seus ambientes – por exemplo, em aplicações de limpeza ambiental.

Loopy é uma forma primitiva de robô multicelular feito de um anel de 36 células. Cada célula possui um servo rotativo – um motor elétrico que gira um eixo com ângulo de rotação controlado e preciso – e sensores. Cada célula reage por si só, sem a entrada de nenhuma das outras, exceto de seus dois vizinhos imediatos. À medida que os servos se movem, os ângulos entre as células determinam a forma geral do Loopy.

Loopy é livre para se transformar em várias formas e exibir uma variedade de movimentos. Mas formas e movimentos aleatórios não são úteis. Esperávamos que algo interessante emergisse da auto-organização; isto é, a criação espontânea de ordem a partir da desordem, sem que disséssemos diretamente a Loopy o que fazer. Descobriu-se que Loopy forma formas estáveis ​​que se recuperam depois que Loopy esbarra em obstáculos.

O famoso matemático Alan Turing estava interessado na ideia de auto-organização em 1952. Ele até imaginou um anel de células. Turing levantou a hipótese da existência de substâncias químicas que se difundem e reagem entre si, levando à criação de padrões na natureza, como os das penas dos pássaros e das conchas. Essa abordagem de auto-organização usando produtos químicos simulados permitiu que Loopy se formasse e fizessem a transição entre várias formas lobadas espontaneamente.

Por que isso importa

Os sistemas projetados, e os robôs em particular, são predominantemente projetados com uma abordagem de cima para baixo, onde os projetistas humanos antecipam as condições que o sistema pode encontrar e planejam com antecedência por meio de projetos de hardware, programas de software ou ambos. O problema é que os projetistas provavelmente não estarão presentes quando o robô encontrar uma situação imprevista.

Essa abordagem de microgerenciamento no design de robôs é como dar às crianças um manual detalhado ao mandá-las para a escola no primeiro dia. Uma maneira melhor de educar os pais seria fornecer orientações gerais e feedback e esperar que as crianças resolvam os problemas por conta própria. Da mesma forma, uma das principais motivações para o desenvolvimento do Loopy é liberar o poder da “inteligência” coletiva de baixo para cima, para que o Loopy possa encontrar novas soluções por conta própria quando surgir uma nova situação; por exemplo, encontrar a forma certa para se adaptar ao ambiente.

Que outras pesquisas estão sendo feitas?

A visão da matéria programável existe há décadas, mas os exemplos tangíveis são escassos. Embora os pesquisadores tenham explorado a formação de formas complexas por meio de sistemas robóticos automontados ou reconfiguráveis, estes geralmente dependem de formas predeterminadas.

Semelhante ao Loopy, os pesquisadores aplicaram o conceito de auto-organização de Turing a enxames de robôs, como os pequenos, simples e autônomos Kilobots, levando ao surgimento de formas complexas. No entanto, ao contrário do Loopy, as forças físicas entre as “células” não são utilizadas para influenciar a forma final e o comportamento do coletivo.

Qual é o próximo?

Gostaríamos que Loopy desenvolvesse características mais realistas, como navegar em situações imprevistas, buscar melhores condições, adquirir recursos e mitigar ameaças. Essa visão se estende até permitir que Loopy execute tarefas atribuídas por pessoas, preenchendo assim a lacuna entre a criatividade aberta da auto-organização e a orientação humana.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.