Robôs de Enxame Quadrúpedes Avançados para Navegação em Terrenos Complexos

Os comportamentos coletivos de formigas, abelhas e pássaros para resolver problemas e superar obstáculos é algo que pesquisadores desenvolveram em robótica aérea e subaquática. Desenvolver robôs de enxame de pequena escala com a capacidade de atravessar terrenos complexos, no entanto, vem com um conjunto único de desafios. Pesquisadores construíram robôs multipernas capazes de manobrar em ambientes desafiadores e realizar tarefas difíceis coletivamente, imitando seus equivalentes do mundo natural.

Robôs com pernas podem navegar em ambientes desafiadores, como terreno acidentado e espaços apertados, e o uso de membros oferece suporte corporal eficaz, permite manobrabilidade rápida e facilita a travessia de obstáculos. No entanto, robôs com pernas enfrentam desafios únicos de mobilidade em ambientes terrestres, o que resulta em desempenho locomotor reduzido.

Leia um Perguntas e Respostas com o Pesquisador

Em um breve P&R com Tech Briefs, Prof. Yasemin Ozkan-Aydin explica o que enxames podem fazer uma vez que as características são avançadas.

Os pesquisadores hipotetizaram que uma conexão física entre robôs individuais poderia melhorar a mobilidade de um sistema coletivo terrestre com pernas. Robôs individuais realizavam tarefas simples ou pequenas, como mover-se sobre uma superfície lisa ou carregar um objeto leve, mas se a tarefa estava além da capacidade da unidade única, os robôs se conectavam fisicamente uns aos outros para formar um sistema multipernas maior e coletivamente superavam os problemas.

Usando uma impressora 3D, a equipe construiu robôs quadrúpedes medindo aproximadamente 15 a 20 cm de comprimento. Cada um era equipado com uma bateria de polímero de lítio, microcontrolador e três sensores — um sensor de luz na frente e dois sensores de toque magnéticos na frente e atrás, permitindo que os robôs se conectassem uns aos outros. Quatro pernas flexíveis reduziram a necessidade de sensores e peças adicionais e deram aos robôs um nível de inteligência mecânica que ajudava ao interagir com terreno acidentado ou irregular.

Após imprimir cada robô, eles foram construídos e testados sobre grama, casca, folhas e bolotas. Experimentos em solo plano foram conduzidos sobre aglomerado de partículas, e escadas foram construídas usando espuma de isolamento. Os robôs também foram testados sobre carpete shag e blocos retangulares de madeira foram colados em aglomerado de partículas para servir como terreno acidentado. Quando uma unidade individual ficava presa, um sinal era enviado a robôs adicionais que se conectavam para fornecer suporte e atravessar obstáculos com sucesso enquanto trabalhavam coletivamente.

O trabalho informará o design de enxames com pernas de baixo custo que podem se adaptar a situações imprevistas e realizar tarefas cooperativas do mundo real, como operações de busca e resgate, transporte coletivo de objetos, exploração espacial e monitoramento ambiental. A pesquisa focará em melhorar o controle, sensoriamento e capacidades de energia do sistema, que são essenciais para locomoção e resolução de problemas do mundo real.

Para sistemas de enxame funcionais, a tecnologia de bateria precisa ser melhorada. Baterias pequenas são necessárias que possam fornecer mais energia, idealmente durando mais de 10 horas. Caso contrário, usar este tipo de sistema no mundo real não é sustentável. Limitações adicionais incluem a necessidade de mais sensores e motores mais potentes enquanto se mantém o tamanho dos robôs pequeno.