Por que melhorar o design do robô é essencial para alcançar a verdadeira inteligência

Graças à inteligência artificial, os robôs já podem executar muitas tarefas que, de outra forma, exigiriam seres humanos. Nesta entrevista, Edoardo Milana, professor júnior de máquinas moles do Departamento de Engenharia de Microssystems da Universidade de Freiburg, explica como o design aprimorado e a mecânica inovadora estão ampliando a gama de aplicações para essas máquinas.

Por que há necessidade de uma alternativa aos robôs convencionais?

Os robôs já podem realizar coisas incríveis com a ajuda de inteligência artificial e aprendizado de máquina. No entanto, toda essa inteligência está concentrada no software – o cérebro – e nenhum foco comparável é colocado no design mecânico – o corpo. Como tal, os robôs são praticamente parecidos com fantoches. O software é usado para tentar exercer controle total sobre todos os movimentos do corpo.

Essa abordagem exige que o hardware seja muito simples do ponto de vista mecânico e mais fácil de operar usando microcontroladores digitais. Dependendo da área de aplicação, isso pode ser suficiente e até necessário para atender aos requisitos de precisão e alta força. No entanto, quando olhamos para a eficiência e agilidade do movimento, o desempenho dos robôs fica muito aquém do dos seres vivos.

No entanto, já existem robôs que imitam animais, como cães e gatos

Esses quadrúpedes – e até os humanóides – são obras de engenharia impressionantes, no entanto, eles não podem competir com animais reais em termos de agilidade de movimento. Eles também consomem muita energia para se mover, enquanto animais e humanos podem realizar movimentos muito mais complexos usando muito menos energia. Uma caminhada quadrada em ritmo normal consome cerca de 300 watts, em média, para dirigir seus 12 motores, os “músculos” do robô, enquanto um cão consome 30 watts para ativar centenas de músculos.

Isso é possível porque, na natureza, os movimentos dependem fortemente das propriedades mecânicas do corpo, que se adaptam passivamente e ativamente às forças externas exercidas pelo meio ambiente, aproveitando a conformidade de materiais biológicos. Além do controle digital, o foco na robótica também deve estar na implementação de inteligência, ou “inteligência incorporada”, no design do robô. Isso liberaria a capacidade de computação e a energia usada atualmente para controle de movimento de baixo nível para as operações lógicas de alto nível do robô, como raciocínio, planejamento e percepção.

O conceito de inteligência incorporada se origina dos campos da filosofia e da psicologia. Mas o que isso significa para você como engenheiro que desenvolve robôs?

Para mim, o interessante é que a teoria por trás disso pode ser aplicada não apenas a seres biológicos, mas também aos robôs. A idéia básica é que a interação física entre o corpo e o ambiente molda o comportamento inteligente. Não se trata apenas de ter um corpo controlado pela mente – esse controle está em parte no próprio corpo e na maneira como interage com a mente.

Na robótica, isso significa que, se queremos um robô verdadeiramente inteligente, não podemos simplesmente construir um corpo que consiste em duas ou três barras de metal e algumas juntas e depois colocar um computador muito inteligente dentro dele. Se fosse esse o caso, já teríamos robôs com recursos completamente diferentes.

Como seria esses robôs inteligentes?

Estou pesquisando robôs macios feitos de materiais macios, que podem ser considerados inspirados em organismos biológicos primitivos e aquáticos. Já existem robôs nesse campo cujo controle se baseia inteiramente em princípios físicos e que não requerem microcontroladores digitais. Eles utilizam as propriedades físicas não lineares dos materiais macios para gerar os sinais de controle que acionam o robô.

Juntamente com pesquisadores de Stuttgart, Holanda e Bélgica, escrevi um artigo publicado em Robótica científica Apresentando robôs tão suaves, que introduz um novo conceito: o conceito de “controle físico”. Identificamos três mecanismos de controle específicos para esses robôs macios.

Um exemplo interessante são os robôs com válvulas auto-oscilantes. Quando a pressão do ar é adicionada, as válvulas se abrem e fecham novamente, aumentando e depois liberando a pressão do ar. Isso transmite um sinal de pressão de ar rítmico através do sistema, controlando o movimento das partes individuais do robô.

No futuro, precisaremos encontrar um compromisso: não poderemos gerenciar sem software e microcontroladores na robótica, mas podemos alcançar muito através de um melhor design de corpo do robô.