Robô inspirado em avestruz estica o pescoço

Os pássaros são capazes de fazer muito graças ao seu pescoço altamente flexível, seja virar a cabeça para arrumar as costas, olhar em várias direções diferentes durante o vôo ou acessar cantos e recantos de difícil acesso ao longo do solo ou nas árvores. Entre todas as espécies de aves, o avestruz se destaca como uma ave com um pescoço particularmente robusto e hábil – qualidades que também são atraentes para manipuladores robóticos.

Usando um modelo preciso dos músculos e tendões no pescoço de um avestruz, pesquisadores no Japão criaram um novo manipulador robótico chamado RobOstrich. Eles descrevem o dispositivo em um estudo publicado em 6 de abril em Cartas de Robótica e Automação IEEE.

Os pesquisadores estão interessados ​​em criar manipuladores robóticos macios e flexíveis que possam se dobrar facilmente em locais de difícil acesso, mas isso traz desafios. “Do ponto de vista da robótica, é difícil controlar tal estrutura”, explica Kazashi Nakano, aluno de doutorado da Graduate School of Information Science and Technology, da Universidade de Tóquio. “Focamos no pescoço de avestruz pela possibilidade de descobrir algo novo.”

Sua equipe primeiro dissecou o pescoço de um avestruz para entender a rede subjacente de tendões, músculos e ossos que ajuda a manipular uma parte do corpo tão longa e pesada, que pesa 3 quilos. Enquanto um humano tem sete vértebras no pescoço, um avestruz tem mais que o dobro disso. Além disso, cada vértebra cervical dobra em duas direções, resultando em graus de liberdade extremamente altos.

Usando esses dados anatômicos, os pesquisadores começaram a criar seu manipulador RobOstrich por impressão 3-D de 17 vértebras, que eles conectaram com rolamentos. Feixes de cordas de piano foram usados ​​para imitar os músculos biológicos entre as vértebras de um avestruz (músculos intervertebrais), e elásticos foram usados ​​como ligamentos na base do manipulador para fornecer tensão. Um motor elétrico então enrola os fios, gerando tensão para “flexionar” os músculos do manipulador. Em uma série de experimentos, o RobOstrich foi capaz de realizar várias tarefas de alcance, nas quais precisava atingir diferentes configurações para entrar em contato com um objeto.

IEEE Spectrum RobOstrich v3www.youtube.com

Assim como um pescoço de avestruz real, o manipulador RobOstrich alcançou um “padrão de rolamento”, onde as articulações adjacentes se movem em sequência enquanto a cabeça permanece nivelada com o solo. Nakano diz que ficou surpreso ao descobrir que esse padrão de movimento pode ser alcançado simplesmente adicionando tensão aos fios apenas na parte de baixo do pescoço, enquanto o comprimento do fio na parte de trás permanece constante – ou seja, não precisa ser retirado. Desta forma, o manipulador pode alcançar configurações complexas com o mínimo de esforço.

“A estrutura flexível é difícil de controlar, mas a vantagem é que movimentos de alcance hábeis podem ser alcançados pela introdução de arranjos musculares e amplitudes de movimento articulares com base na anatomia do avestruz”, diz Nakano.

Conforme configurado atualmente, o RoboOstrich só pode avançar em um plano 2-D, mas os pesquisadores esperam alcançar o movimento 3-D no futuro.

“Nosso objetivo é desenvolver um controlador que possa realizar movimentos de alcance em um ambiente não estruturado enquanto colide suavemente com ele”, diz Nakano.

Enquanto isso, RobOstrich não é o único robô inspirado em avestruz que está nas manchetes. Os avestruzes também podem correr a velocidades surpreendentes – percorrendo 100 metros em apenas cinco segundos. Inspirados por essa façanha, pesquisadores da Oregon State University criaram Cassie, uma velocista de duas pernas. Em setembro passado, Cassie estabeleceu novos recordes para o robô bípede mais rápido; Você pode ver o vídeo aqui.

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