Robô Movido a Ar Imita Caminhada Sem Eletrônica

Engenheiros criaram um robô suave de quatro patas que não precisa de nenhuma eletrônica para funcionar. O robô só precisa de uma fonte constante de ar pressurizado para todas suas funções, incluindo seus sistemas de controle e locomoção. Aplicações incluem robôs que podem operar em ambientes onde a eletrônica não pode funcionar, como máquinas de ressonância magnética ou poços de mina. Robôs suaves são de particular interesse porque se adaptam facilmente ao ambiente e operam com segurança perto de humanos.

A maioria dos robôs suaves é alimentada por ar pressurizado e controlada por circuitos eletrônicos. Mas esta abordagem requer componentes complexos como placas de circuito, válvulas e bombas, frequentemente fora do corpo do robô. Esses componentes, que constituem o cérebro e sistema nervoso do robô, são tipicamente volumosos e caros. Em contraste, o novo robô é controlado por um sistema leve e de baixo custo de circuitos pneumáticos, compostos por tubos e válvulas suaves a bordo do próprio robô. O robô pode andar sob comando ou em resposta a sinais que detecta do ambiente.

Leia uma Perguntas e Respostas com o Pesquisador

O engenheiro da UCSD, Dylan Drotman, conta à Tech Briefs onde este tipo de robô pode ser usado, e como pode potencialmente fazer muito mais do que apenas andar.

O poder computacional do robô imita aproximadamente reflexos mamíferos que são impulsionados por uma resposta neural da coluna vertebral em vez do cérebro. A equipe foi inspirada por circuitos neurais encontrados em animais, chamados geradores de padrões centrais, feitos de elementos muito simples que podem gerar padrões rítmicos para controlar movimentos como andar e correr. Para imitar as funções dos geradores, a equipe construiu um sistema de válvulas que atuam como osciladores, controlando a ordem em que ar pressurizado entra em músculos pneumáticos nas quatro pernas do robô. Os pesquisadores construíram um componente que coordena a marcha do robô atrasando a injeção de ar nas pernas do robô. A marcha do robô foi inspirada em tartarugas de pescoço lateral.

O robô também é equipado com sensores mecânicos simples — pequenas bolhas suaves cheias de fluido colocadas na extremidade de hastes protruindo do corpo do robô. Quando as bolhas são pressionadas, o fluido vira uma válvula no robô que faz ele inverter a direção. O robô é equipado com três válvulas atuando como inversores que causam um estado de alta pressão a se espalhar pelo circuito pneumático, com um atraso em cada inversor.

Cada uma das quatro pernas do robô tem três graus de liberdade alimentados por três músculos. As pernas são anguladas para baixo em 45 graus e compostas por três câmaras cilíndricas pneumáticas paralelas, conectadas, com foles. Quando uma câmara é pressurizada, o membro dobra na direção oposta. Como resultado, as três câmaras de cada membro fornecem dobra multi-eixo necessária para andar. Os pesquisadores emparelharam câmaras de cada perna diagonalmente uma da outra, simplificando o problema de controle.

Uma válvula suave alterna a direção de rotação dos membros entre anti-horário e horário. Essa válvula atua como o que é conhecido como chave dupla polo, dupla travamento — uma chave com duas entradas e quatro saídas, então cada entrada tem duas saídas correspondentes às quais está conectada. Esse mecanismo é um pouco como pegar dois nervos e trocar suas conexões no cérebro.

Os pesquisadores querem melhorar a marcha do robô para que ele possa andar em terreno natural e superfícies irregulares, permitindo que navegue sobre uma variedade de obstáculos. Isso exigiria uma rede mais sofisticada de sensores e um sistema pneumático mais complexo. A equipe também analisará como a tecnologia poderia ser usada para criar robôs que são em parte controlados por circuitos pneumáticos para algumas funções como andar, enquanto circuitos eletrônicos tradicionais lidam com funções superiores.