Os pequenos robôs usam o som para se auto-organizar em grupos inteligentes

Animais como morcegos, baleias e insetos há muito usam sinais acústicos para comunicação e navegação. Agora, uma equipe internacional de cientistas pegou uma página do Playbook da Nature para modelar robôs de tamanho micro que usam ondas sonoras para coordenar em grandes enxames que exibem comportamentos inteligentes.

Um dia, os grupos de robôs poderiam realizar tarefas complexas, como explorar zonas de desastres, limpar a poluição ou realizar tratamentos médicos de dentro do corpo, de acordo com o líder da equipe Igor Aronson, professor de engenharia biomédica, química e matemática da Huck.

“Enxames de imagens de abelhas ou mosquitos”, disse Aronson. “Eles se movem, isso cria som, e o som os mantém coesos, muitas pessoas agindo como uma”.

Os pesquisadores publicaram seu trabalho na revista Revisão física x.

Desde que a miniatura, os enxames de micromacinas que abordam o som são auto-organizados, eles podem navegar em espaços apertados e até se formar se deformados. O coletivo dos enxames – ou emergente – poderia um dia ser aproveitado para realizar tarefas como limpar a poluição em ambientes contaminados, explicou Aronson.

Além do meio ambiente, os enxames de robôs podem trabalhar dentro do corpo, entregando medicamentos diretamente a uma área problemática, por exemplo. Seu detecção coletivo também ajuda a detectar mudanças nos arredores, e sua capacidade de “se afastar” significa que eles podem continuar funcionando como uma unidade coletiva, mesmo depois de se separar, o que pode ser especialmente útil para aplicações de detecção de ameaças e sensores, disse Aronson.

“Isso representa um salto significativo para criar microrobotes mais inteligentes, resistentes e, finalmente, mais úteis com complexidade mínima que podem enfrentar alguns dos problemas mais difíceis do mundo”, disse ele. “As idéias desta pesquisa são cruciais para projetar a próxima geração de microrobots, capaz de executar tarefas complexas e responder a pistas externas em ambientes desafiadores”.

Para o estudo, a equipe desenvolveu um modelo de computador para rastrear os movimentos de pequenos robôs, cada um equipado com um emissor acústico e um detector. Eles descobriram que a comunicação acústica permitia que os agentes robóticos individuais trabalhassem juntos sem problemas, adaptando sua forma e comportamento ao seu ambiente, como uma escola de peixe ou um bando de pássaros.

Enquanto os robôs no artigo eram agentes computacionais dentro de um modelo teórico-ou baseado em agentes-, em vez de dispositivos físicos que foram fabricados, as simulações observaram o surgimento de inteligência coletiva que provavelmente apareceria em qualquer estudo experimental com o mesmo desenho, disse Aronson.

“Nunca esperávamos que nossos modelos mostrassem um nível tão alto de coesão e inteligência de robôs tão simples”, disse Aronson. “Estes são circuitos eletrônicos muito simples. Cada robô pode seguir em alguma direção, possui um motor, um pequeno microfone, um alto -falante e um oscilador. É isso, mas, no entanto, é capaz de inteligência coletiva. Ele sincroniza seu próprio oscilador à frequência do campo acústico do enxame e migra em direção ao sinal mais forte”.

A descoberta marca um novo marco para um campo emergente chamado Matéria Ativa, o estudo do comportamento coletivo de agentes microscópicos e sintéticos microscópicos autopropulsados, de enxames de bactérias ou células vivas a microrobots. Mostra pela primeira vez que as ondas sonoras podem funcionar como um meio de controlar os robôs de tamanho micro, explicou Aronson. Até agora, as partículas de matéria ativa foram controladas predominantemente através da sinalização química.

“Ondas acústicas funcionam muito melhor para comunicação do que a sinalização química”, disse Aronson. “Ondas sonoras se propagam mais rapidamente e mais longe, quase sem perda de energia-e o design é muito mais simples. Os robôs efetivamente ‘ouvem’ e ‘se encontram’, levando à auto-organização coletiva. Cada elemento é muito simples. A inteligência e funcionalidade coletivas surgem de ingredientes mínimos e comunicação acústica simples”.

Os outros autores do jornal são Alexander Ziepke, Ivan Maryshev e Erwin Frey, da Universidade Ludwig Maximilian de Munique.