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Os robôs podem mudar direções, velocidades e até mesmo cores. Mas e quanto a mudar suas formas? Com a ajuda da intuição de um escultor, os pesquisadores de Yale estão trabalhando nisso.
Liderados por Rebecca Kramer-Bottiglio, professora assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais, os pesquisadores desenvolveram um robô que pode se transformar para acomodar mudanças em seu caminho ou ambiente. Por exemplo, se um robô cilíndrico encontra uma pedra no seu caminho, o robô pode assumir a forma de um haltere, apertando a sua secção média e passando por cima da rocha. Os resultados de seu trabalho foram publicados recentemente na IEEE Robotics and Automation Letters.
“Estamos tentando criar robôs que possam adaptar sua morfologia e comportamento conforme a demanda”, disse Kramer-Bottiglio. “Descobrimos que mudar a forma do corpo e a forma como ele se move ajuda o robô a superar obstáculos ou a continuar o desempenho da tarefa, apesar das mudanças de terreno e ambientes.”
O dispositivo de cilindro para haltere é o primeiro dos robôs que mudam de forma e é o foco de uma doação de quatro anos de US$ 2 milhões que Kramer-Bottiglio recebeu da National Science Foundation (NSF), como parte do Emerging Frontiers da NSF. no programa de Pesquisa e Inovação (EFRI).
O núcleo do robô é feito de uma substância parecida com argila. O núcleo é envolto por duas “peles robóticas” desenvolvidas no laboratório de Kramer-Bottiglio, feitas de folhas elásticas incorporadas com sensores e atuadores personalizados. Uma das películas fornece ao robô uma força de locomotiva rolante. O outro manipula o material em diferentes formas – da mesma forma que um ser humano faria para esculpir argila.
“Começando com um bloco de argila e depois aplicando forças superficiais, um escultor pode moldar a argila em qualquer formato desejado”, disse ela. “Estamos adotando uma abordagem semelhante – usando peles robóticas enroladas na argila e aplicando as mesmas técnicas para remodelar o núcleo.”
Para entender exatamente o que são essas técnicas, o laboratório Kramer-Bottiglio está trabalhando com a escultora Susan Clinard para entender a melhor maneira de transformar a argila em diferentes formas. Isto é, como pode um bloco mudar de forma mais eficiente para a forma de, digamos, uma criatura de quatro patas?
Para capturar a transformação e todas as formas intermediárias, eles filmaram Clinard de vários ângulos enquanto ela executava repetidamente a mesma tarefa de moldagem. Para emular a mecânica de seus robôs, os pesquisadores a instruíram a usar apenas uma mão e a não adicionar ou retirar nenhum material. E para melhor garantir que Clinard confiasse nos seus instintos como escultora, os investigadores forneceram-lhe propositadamente o mínimo de informações possível sobre o estudo.
O projeto também se inspira em organismos que alteram as suas estruturas corporais para se adaptarem às mudanças nos seus ambientes ou condições. Por exemplo, os anfíbios podem desenvolver novos membros após uma amputação, e os girinos e as lagartas reconfiguram completamente os seus corpos para adquirir um novo conjunto de capacidades.
Os pesquisadores levaram algumas tentativas e erros para encontrar o material certo para o núcleo dos robôs.
“Os humanos podem esculpir argilas relativamente viscosas e rígidas usando a massa de seu corpo e o contato com o solo para gerar muita força para empurrar para dentro”, disse Dylan Shah, Ph.D. estudante e primeiro autor do estudo. “Mas uma pele robótica só pode confiar em si mesma para empurrar para dentro.”
Embora se refiram informalmente a ela como “argila”, os pesquisadores optaram por usar o Model Magic, um composto de modelagem que é rígido o suficiente para manter sua forma, mas ainda macio o suficiente para ser manipulado pelos atuadores dos robôs.
Considerando as inúmeras possibilidades de transformações de formas e seus usos potenciais, Kramer-Bottiglio observou que muitos mais robôs morphing estão a caminho. A seguir está um robô esférico que se achata como uma panqueca e depois usa um passo de minhoca para subir uma ladeira íngreme.
Outros autores do artigo são Michelle C. Yuen, Liana G. Tilton e Ellen J. Yang.
Referência: “Morphing Robots Using Robotic Skins That Sculpt Clay” por Dylan S. Shah, Michelle C. Yuen, Liana G. Tilton, Ellen J. Yang e Rebecca Kramer-Bottiglio, 27 de fevereiro de 2019, Cartas de Robótica e Automação IEEE
DOI:10.1109/LRA.2019.2902019