Muitos sistemas robóticos existentes inspiram-se na natureza, reproduzindo artificialmente processos biológicos, estruturas naturais ou comportamentos animais para atingir objetivos específicos. Isto ocorre porque os animais e as plantas são inatamente equipados com habilidades que os ajudam a sobreviver nos seus respectivos ambientes, e que poderiam, assim, também melhorar o desempenho dos robôs fora dos ambientes de laboratório.
“Os braços robóticos macios são uma nova geração de manipuladores robóticos que se inspiram nas capacidades avançadas de manipulação exibidas por organismos ‘desossados’, como tentáculos de polvo, trombas de elefante, plantas, etc.”, Enrico Donato, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse ao Tech Xplore. “Traduzir esses princípios em soluções de engenharia resulta em sistemas feitos de materiais leves e flexíveis que podem sofrer deformação elástica suave para produzir movimentos flexíveis e hábeis. Devido a estas características desejáveis, estes sistemas adaptam-se às superfícies e apresentam robustez física e operação segura para o homem a um custo potencialmente baixo.”
Embora os braços robóticos flexíveis possam ser aplicados a uma ampla gama de problemas do mundo real, eles podem ser particularmente úteis para automatizar tarefas que envolvem alcançar locais desejados que podem ser inacessíveis a robôs rígidos. Muitas equipas de investigação têm tentado recentemente desenvolver controladores que permitam a estas armas flexíveis enfrentar eficazmente estas tarefas.
“Geralmente, o funcionamento desses controladores depende de formulações computacionais que possam criar um mapeamento válido entre dois espaços operacionais do robô, ou seja, espaço-tarefa e espaço-atuador”, explicou Donato. “No entanto, o bom funcionamento destes controladores geralmente depende do feedback de visão, o que limita a sua validade em ambientes de laboratório, restringindo a capacidade de implementação destes sistemas em ambientes naturais e dinâmicos. Este artigo é a primeira tentativa de superar esta limitação não resolvida e estender o alcance destes sistemas a ambientes não estruturados.”
“Ao contrário do equívoco comum de que as plantas não se movem, as plantas se movem ativa e propositalmente de um ponto a outro usando estratégias de movimento baseadas no crescimento”, disse Donato. “Essas estratégias são tão eficazes que as plantas podem colonizar quase todos os habitats do planeta, uma capacidade que falta no reino animal. Curiosamente, ao contrário dos animais, as estratégias de movimento das plantas não decorrem de um sistema nervoso central, mas sim de formas sofisticadas de mecanismos de computação descentralizados.”
A estratégia de controlo que sustenta o funcionamento do controlador dos investigadores tenta replicar os sofisticados mecanismos descentralizados que sustentam os movimentos das plantas. A equipe utilizou especificamente ferramentas de inteligência artificial baseadas em comportamento, que consistem em agentes de computação descentralizados combinados em uma estrutura ascendente.
“A novidade do nosso controlador bioinspirado reside na sua simplicidade, onde exploramos as funcionalidades mecânicas fundamentais do braço flexível do robô para gerar o comportamento de alcance geral”, disse Donato. “Especificamente, o braço flexível do robô compreende um arranjo redundante de módulos flexíveis, cada um dos quais é ativado por meio de uma tríade de atuadores dispostos radialmente. É bem sabido que, para tal configuração, o sistema pode gerar seis direções principais de flexão.”
Os agentes computacionais que sustentam o funcionamento do controlador da equipe exploram a amplitude e o tempo da configuração do atuador para reproduzir dois tipos diferentes de movimentos da planta, conhecidos como circunnutação e fototropismo. Circunutações são oscilações comumente observadas em plantas, enquanto fototropismo são movimentos direcionais que aproximam os galhos ou folhas de uma planta da luz.
O controlador criado por Donato e seus colegas pode alternar entre esses dois comportamentos, conseguindo o controle sequencial de braços robóticos em dois estágios. A primeira dessas etapas é uma fase de exploração, onde os braços exploram o ambiente, enquanto a segunda é uma fase de alcance, onde se movem para chegar a um local ou objeto desejado.
“Talvez a conclusão mais importante deste trabalho específico seja que esta é a primeira vez que braços robóticos redundantes foram habilitados, alcançando capacidades fora do ambiente de laboratório, com uma estrutura de controle muito simples”, disse Donato. “Além disso, o controlador é aplicável a qualquer softwarerobôbraço forneceu um arranjo de atuação semelhante. Este é um passo em direção ao uso de detecção embarcada e estratégias de controle distribuído em robôs contínuos e macios.”
Até agora, os pesquisadores testaram seu controlador em uma série de testes, usando um braço robótico modular, leve e macio, acionado por cabo, com 9 graus de liberdade (9-DoF). Os seus resultados foram altamente promissores, uma vez que o controlador permitiu ao braço explorar os seus arredores e alcançar um local alvo de forma mais eficaz do que outras estratégias de controlo propostas no passado.
No futuro, o novo controlador poderá ser aplicado a outros braços robóticos leves e testado tanto em laboratório como no mundo real, para avaliar melhor a sua capacidade de lidar com mudanças ambientais dinâmicas. Enquanto isso, Donato e seus colegas planejam desenvolver ainda mais sua estratégia de controle, para que ela possa produzir movimentos e comportamentos adicionais de braços robóticos.
“Atualmente, estamos procurando aprimorar as capacidades do controlador para permitir comportamentos mais complexos, como rastreamento de alvos, entrelaçamento de braço inteiro, etc., para permitir que tais sistemas funcionem em ambientes naturais por longos períodos de tempo”, acrescentou Donato.
Horário da postagem: 06/06/2023