Programando robôs com elásticos

Desde a classificação de objetos em um depósito até a movimentação de móveis durante a aspiração, os robôs hoje usam sensores, sistemas de controle de software e peças móveis para realizar tarefas. Quanto mais difícil a tarefa ou mais complexo o ambiente, mais pesados ​​e caros serão os componentes eletrônicos.

Pesquisadores de engenharia mecânica da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard acham que há outra maneira de projetar robôs: programar as funções pretendidas diretamente na estrutura física de um robô, permitindo que o robô reaja ao ambiente sem a necessidade de extensos componentes eletrônicos a bordo.

Uma equipe do laboratório de Katia Bertoldi, professora de mecânica aplicada William e Ami Kuan Danoff no SEAS, projetou um robô ambulante à prova de conceito com apenas quatro partes móveis conectadas por elásticos e alimentadas por um motor. Com seus movimentos programados através da colocação dos elásticos, o robô consegue se orientar em labirintos e evitar obstáculos; seus movimentos mudam com base apenas em como ele é tocado ou pressionado pelo ambiente, sem cérebro eletrônico.

Eles também mostram que a mesma programação mecânica pode ser usada para criar um robô capaz de classificar objetos por massa. A demonstração poderá desencadear novas investigações sobre os fundamentos do design robótico, potencialmente levando a robôs menores e mais simples que podem executar uma variedade de funções.

Publicado em Anais da Academia Nacional de Ciênciaso trabalho foi liderado por Leon Kamp, um estudante de pós-graduação no laboratório de Bertoldi, cujo estudo secundário de pós-graduação é em Prática Crítica de Mídia. Formado em engenharia e arquitetura, Kamp recorreu à robótica como uma aplicação prática de seu interesse por forma, material e mecânica. Ele se perguntou se a inteligência robótica poderia ser infundida na estrutura usando princípios mecânicos.

“Esta é uma versão extrema de ‘forma segue função’, onde funcionalidades como memória, adaptabilidade e inteligência podem ser habilitadas por geometria e parâmetros de materiais”, disse Kamp.

Kamp e seus colegas construíram seu mecanismo robótico a partir de uma cadeia de blocos planos de plástico unidos por alavancas e elásticos. O estiramento dos elásticos atribui um certo custo de energia à rotação de cada alavanca. O movimento do mecanismo pode ser “programado”, pois segue a ordem de rotações que apresenta menor custo energético. Ao anexar uma perna a esse mecanismo, eles construíram um robô que pode andar para frente e para trás usando um motor para diferentes configurações de elásticos.

Esta programação física permite que o robô sinta e responda passivamente às forças de seu ambiente. Ele “sente” o ambiente ao seu redor por meio de um par de antenas fixadas na frente. Quando uma antena atinge um obstáculo, o robô responde e se adapta desde andar em linha reta até se virar. Ele pode navegar em labirintos de forma autônoma ou se afastar de obstáculos.

Em outra configuração, o mecanismo pode ser usado para classificar objetos automaticamente com base em sua massa. Neste caso, os elásticos são usados ​​para “programar”, onde os objetos são recolhidos e largados em locais diferentes para massas alvo específicas.

Embora o mecanismo só possa realizar um pequeno número de tarefas simples, o conceito poderia ser expandido para robôs que se movem mais rápido ou saltam sobre obstáculos. No futuro, robôs como este poderão ser feitos de materiais flexíveis, leves e fáceis de fabricar. Tais projetos poderiam levar a máquinas autônomas que sejam fisicamente inteligentes e dependam de menos componentes eletrônicos ou sistemas de controle tradicionais para funcionar.