Pesquisadores criam um robô parecido com uma cobra para atravessar terrenos extremos

Como você cria um robô que pode ir a lugares que ninguém jamais viu antes – por conta própria, sem intervenção humana em tempo real? Uma equipe do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA que está criando um robô semelhante a uma cobra para atravessar terrenos extremos está enfrentando o desafio com a mentalidade de uma startup: construir rapidamente, testar com frequência, aprender, ajustar, repetir.

Chamado EELS (abreviação de Exobiology Extant Life Surveyor), o robô autônomo autopropulsado foi inspirado pelo desejo de procurar sinais de vida no oceano escondido sob a crosta gelada da lua de Saturno, Enceladus, descendo aberturas estreitas na superfície que expelem gêiseres no espaço. Embora os testes e o desenvolvimento continuem, projetar para um destino tão desafiador resultou em um robô altamente adaptável. O EELS poderia escolher um curso seguro através de uma ampla variedade de terrenos na Terra, na lua e muito além, incluindo areia e gelo ondulantes, paredes de penhascos, crateras muito íngremes para rovers, tubos de lava subterrâneos e espaços labirínticos dentro de geleiras.

“Ele tem a capacidade de ir a locais onde outros robôs não podem ir. Embora alguns robôs sejam melhores em um determinado tipo de terreno ou outro, a ideia do EELS é a capacidade de fazer tudo”, disse Matthew Robinson do JPL, EELS gestor de projeto. “Quando você vai a lugares onde não sabe o que encontrará, deseja enviar um robô versátil e ciente de riscos, preparado para incertezas – e capaz de tomar decisões por conta própria.”

A equipe do projeto começou a construir o primeiro protótipo em 2019 e vem fazendo revisões contínuas. Desde o ano passado, eles realizam testes de campo mensais e refinam o hardware e o software que permitem que o EELS opere de forma autônoma. Em sua forma atual, apelidada de EELS 1.0, o robô pesa cerca de 220 libras (100 quilos) e tem 13 pés (4 metros) de comprimento. É composto por 10 segmentos idênticos que giram, usando roscas para propulsão, tração e aderência. A equipe tem experimentado uma variedade de parafusos: parafusos de plástico brancos impressos em 3D de 8 polegadas de diâmetro (20 centímetros de diâmetro) para testes em terrenos mais soltos e parafusos de metal preto mais estreitos e afiados para gelo.

O robô foi testado em ambientes de areia, neve e gelo, desde o Mars Yard no JPL até um “playground de robôs” criado em uma estação de esqui nas montanhas nevadas do sul da Califórnia, até mesmo em uma pista de gelo interna local.

“Temos uma filosofia de desenvolvimento de robôs diferente da espaçonave tradicional, com muitos ciclos rápidos de teste e correção”, disse Hiro Ono, investigador principal do EELS no JPL. “Existem dezenas de livros didáticos sobre como projetar um veículo de quatro rodas, mas não há nenhum livro sobre como projetar um robô-cobra autônomo para ir corajosamente aonde nenhum robô foi antes. Temos que escrever o nosso próprio. É isso que queremos. está fazendo agora.”

Como a EELS pensa e se move

Devido ao atraso nas comunicações entre a Terra e o espaço profundo, o EELS foi projetado para detectar seu ambiente de forma autônoma, calcular riscos, viajar e coletar dados com instrumentos científicos ainda a serem determinados. Quando algo dá errado, o objetivo é que o robô se recupere sozinho, sem ajuda humana.

“Imagine um carro dirigindo de forma autônoma, mas não há sinais de parada, sem sinais de trânsito, nem mesmo estradas. O robô tem que descobrir qual é a estrada e tentar segui-la”, disse o líder de autonomia do projeto, Rohan Thakker. “Então ele precisa descer uma queda de 100 pés e não cair.”

O EELS cria um mapa 3D de seus arredores usando quatro pares de câmeras estéreo e lidar, que é semelhante ao radar, mas emprega pulsos curtos de laser em vez de ondas de rádio. Com os dados desses sensores, os algoritmos de navegação descobrem o caminho mais seguro a seguir. O objetivo tem sido criar uma biblioteca de “movimentos”, ou maneiras pelas quais o robô pode se mover em resposta aos desafios do terreno, desde o vento lateral até o enrolamento sobre si mesmo, um movimento que a equipe chama de “banana”.

Em sua forma final, o robô conterá 48 atuadores – essencialmente pequenos motores – que lhe dão flexibilidade para assumir múltiplas configurações, mas acrescentam complexidade para as equipes de hardware e software. Thakker compara os atuadores a “48 volantes”. Muitos deles têm sensor de força-torque embutido, funcionando como uma espécie de pele para que o EELS possa sentir quanta força está exercendo no terreno. Isso o ajuda a se mover verticalmente em calhas estreitas com superfícies irregulares, configurando-se para empurrar paredes opostas ao mesmo tempo como um alpinista.

No ano passado, a equipe do EELS experimentou esses tipos de espaços desafiadores quando baixou a cabeça de percepção do robô – o segmento com as câmeras e o lidar – em um eixo vertical chamado moulin na geleira Athabasca, nas Montanhas Rochosas canadenses. Em setembro, eles retornarão ao local, que é em muitos aspectos um análogo das luas geladas em nosso sistema solar, com uma versão do robô projetada para testar a mobilidade subterrânea. A equipe lançará um pequeno conjunto de sensores – para monitorar as propriedades químicas e físicas das geleiras – que o EELS poderá implantar em locais remotos.

“Até agora, nosso foco tem sido a capacidade autônoma e a mobilidade, mas, eventualmente, veremos quais instrumentos científicos podemos integrar ao EELS”, disse Robinson. “Os cientistas nos dizem para onde querem ir, com o que estão mais entusiasmados, e forneceremos um robô que os levará até lá. Como? Como uma startup, só temos que construí-la.”