Equipa de investigação dos EUA desenvolve robô suave de "inteligência mecânica" sem microcomputador, realiza três modos de natação subaquática

Um robô suave de "inteligência mecânica" desenvolvido por uma equipa da Universidade Estadual da Carolina do Norte foi apresentado a 13 de outubro. O robô não possui microcomputador, não depende de algoritmos em tempo real, utilizando apenas dois tubos de ar para controlar o enchimento e esvaziamento, podendo alternar entre três modos de natação — medusa, peixe, rotor — completando ações de subida, descida, flutuação, viragem, etc. A sua lógica de controlo é inteiramente assumida pelos materiais e pela estrutura em si, o que equivale a integrar o "cérebro" na estrutura. Os resultados foram publicados na mais recente edição de Science Advances.

O núcleo desta investigação não é a forma biomimética, mas uma filosofia de design chamada "inteligência mecânica": confiar aos materiais e à geometria do robô o trabalho tradicionalmente realizado por sensores, chips e algoritmos. Em outras palavras, o próprio corpo é o processador. Esta filosofia surgiu da necessidade de ultrapassar os estrangulamentos da arquitetura tradicional de robôs suaves subaquáticos. Nos últimos dez anos, os robôs suaves subaquáticos evoluíram para várias formas, mas a maioria só consegue realizar um modo de movimento de cada vez, com amplitude de movimento limitada a um plano bidimensional: podem avançar, recuar, subir, descer, mas não virar.

Para realizar manobras tridimensionais subaquáticas, é necessário equipar cada uma das três direções com um sistema de acionamento independente.

Filosofia de design de inteligência mecânica impulsiona progresso da tecnologia de robôs subaquáticos

Em 2018, o robô peixe suave SoFi do Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial do MIT (MIT CSAIL), recorrendo a seis entradas de acionamento independentes, responsáveis respetivamente pela oscilação da cauda, ajuste de flutuabilidade e controlo das aletas de profundidade, combinados com bomba hidráulica, bateria de lítio a bordo e módulo de telecomando acústico, conseguiu realizar natação autónoma tridimensional.

O corpo principal do robô é uma estrutura octogonal central, ligada a quatro braços triangulares flexíveis, no interior da estrutura existe uma bolsa de ar plana de silicone ultra-suave, formando um atuador pneumático de duplo canal. O protótipo mede 55 milímetros de comprimento e pesa 14,5 gramas. A equipa projetou cada braço como uma estrutura "monoestável", semelhante a uma porta com mola: ao encher, o braço bate rapidamente para baixo, ultrapassando o ponto crítico e libertando energia elástica; ao esvaziar, a estrutura retorna automaticamente, a rotação do braço completa-se em cerca de 26 milissegundos.

Concretamente, o enchimento e esvaziamento simultâneos dos dois canais fazem os quatro braços baterem sincronizadamente, gerando impulso vertical, o robô completa no modo medusa subida, descida e flutuação; enchendo apenas um lado, o braço oposto bate amplamente, o adjacente auxilia a oscilação, o robô nada direcionalmente como um peixe; os dois canais alternam enchimento com diferença de fase de 180 graus, braços adjacentes batem alternadamente, o robô sobe em espiral no local, entrando no modo rotor. Os três modos podem alternar continuamente, o robô consegue ao longo de trajetória definida completar ações combinadas de subida, flutuação, viragem, descida, etc.

Em termos de dados de desempenho, o modo medusa atinge velocidade máxima de subida de 1,64 comprimentos de corpo por segundo, custo de transporte mínimo de 17,6; modo rotor atinge velocidade de rotação de pico de cerca de 90 graus por segundo. Entre os três modos é possível alternância contínua e suave, o robô consegue ao longo de trajetória em Π completar continuamente ações combinadas de subida-flutuação-viragem-descida, também consegue através da rotação do modo rotor reorientar-se e depois encadear natação linear do modo peixe, realizando verdadeira manobra tridimensional.

Atualmente este robô ainda necessita de definição manual da frequência e fase de enchimento/esvaziamento, não possuindo capacidade de perceção e decisão em tempo real. Na mudança de modo, o momento angular residual da rotação da fase anterior afeta a natação direcional, uma vez formada a estrutura, a adaptabilidade à missão também é limitada.