Design de Robôs Inspirado na Locomoção de Estrelas-do-Mar

Motion Design INSIDER

O movimento de estrelas-do-mar envolve o movimento de centenas de minúsculos pés tubulares. (Imagem: Gerald Corsi/iStock)

Estrelas-do-mar são criaturas cujos movimentos envolvem a coordenação de centenas de minúsculos pés tubulares para navegar ambientes complexos — apesar da falta de um cérebro central. Em outras palavras, é como se cada pé tivesse uma mente própria.

Para o Kanso Bioinspired Motion Lab, baseado no Departamento de Engenharia Aeroespacial & Mecânica da USC Viterbi, estrelas-do-mar representam um fenômeno intrigante. O Kanso Lab especializa-se em decodificar a física do fluxo de sistemas vivos, frequentemente aplicando esses insights para informar desenvolvimentos em robótica.

O artigo recente do laboratório em Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), "Dinâmica dos pés tubulares impulsiona adaptação na locomoção de estrelas-do-mar" (13 de janeiro de 2026), revela que o movimento de estrelas-do-mar é dirigido por feedback local de pés tubulares individuais, cada um ajustando dinamicamente sua adesão à superfície em resposta a graus variados de tensão mecânica.

"Começamos a trabalhar com estrelas-do-mar com o McHenry Lab na UC Irvine e depois fizemos parceria com biólogos da Universidade de Mons na Bélgica," disse Eva Kanso, diretora do Kanso Lab e Professora de engenharia aeroespacial e mecânica, física e astronomia. "Junto com o Professor Associado Sylvain Gabriele e a doutoranda Amandine Deridoux no SYMBIOSE Lab, desenhamos uma 'mochila' especial impressa em 3D para a estrela-do-mar. Carregando e descarregando a mochila, pudemos observar e medir como cada pé tubular respondia ao peso adicionado."

Os pesquisadores descobriram que cada pé respondia independentemente a cargas variáveis. "Desde o início, hipotetizamos que estrelas-do-mar dependem de uma estratégia de controle hierárquica e distribuída, na qual cada pé tubular toma decisões locais sobre quando aderir e desaderir da superfície baseadas em pistas mecânicas locais, em vez de serem dirigidos por um controlador central," disse Kanso.

Os experimentos permitiram à equipe testar e quantificar essas respostas locais. "Desenvolvemos um modelo matemático mostrando como regras de controle locais simples, acopladas através da mecânica do corpo, podem dar origem a locomoção coordenada do animal inteiro."

Este modelo para movimento adaptativo baseado em feedback local é altamente relevante para o design de robótica macia e multi-contato. Aplicações potenciais em terra, debaixo d'água e até em outros planetas, incluem sistemas de locomoção descentralizados para robôs navegando terrenos irregulares, verticais e de cabeça para baixo — ambientes que impedem comunicação consistente de uma "central de missão" central ou tomador de decisão humano.

"Também conduzimos experimentos nos quais viramos a estrela-do-mar de cabeça para baixo — a morfologia dos pés tubulares permite que a estrela-do-mar continue a se mover," disse Kanso. "Imagine se você estivesse fazendo um bananeira. Seu sistema nervoso imediatamente lhe diria que você estava em uma posição oposta à gravidade. Mas uma estrela-do-mar não tem tal reconhecimento coletivo."

Em vez disso, a estrela-do-mar está equipada com o conhecimento local de cada pé tubular experimentando a força da gravidade de forma diferente. Movimento coordenado é devido ao fato de os pés estarem mecanicamente ligados ao corpo; quando um pé empurra, o movimento afeta outros pés. Como resultado, falhas locais não necessariamente param o sistema todo — permitindo robustez e resiliência avançadas.

Essa é uma vantagem significativa para robôs autônomos navegando ambientes extremos, propensos a virar, perder ou ganhar carga, ou serem desconectados de uma fonte central de comunicação. Enquanto animais de movimento rápido (de insetos a ginastas) dependem de "geradores de padrão central" — circuitos neurais especializados localizados no tronco cerebral que produzem padrões motores rítmicos — estrelas-do-mar de movimento lento estão preparadas para adaptar-se dinamicamente a mudanças ambientais.

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