Tecnologia Científica
Blocos de robôs autotransformadores pulam, giram, invertem e se identificam
Desenvolvidos no Laborata³rio de Ciência da Computaa§a£o e Inteligaªncia Artificial do MIT, os robôs podem se auto-montar para formar várias estruturas com aplicações que incluem inspea§a£o.
Por
Rachel Gordon - 30/10/2019
Imagem: Jason Dorfman / MIT CSAIL
Um cubo roba³tico modular se encaixa no restante dos blocos M.
Enxames de robôs simples e interagentes tem o potencial de desbloquear habilidades furtivas para a realização de tarefas complexas. Conseguir que esses robôs alcancem uma verdadeira mente de coordenação semelhante a uma colmanãia, provou ser um obsta¡culo.
Em um esfora§o para mudar isso, uma equipe do Laborata³rio de Ciência da Computação e Inteligaªncia Artificial (CSAIL) do MIT criou um esquema surpreendentemente simples: cubos robóticos de montagem automa¡tica que podem se sobrepor, girar no ar e rolar atravanãs o cha£o.
Seis anos após a primeira iteração do projeto, os robôs agora podem "se comunicar" entre si usando um sistema de ca³digo de barras em cada face do bloco que permite que os ma³dulos se identifiquem. A frota auta´noma de 16 blocos agora pode realizar tarefas ou comportamentos simples, como formar uma linha, seguir as setas ou rastrear a luz.
Dentro de cada “M-Block†modular, háum volante que se move a 20.000 rotações por minuto, usando momento angular quando o volante éacionado. Em cada extremidade e em cada face háma£s permanentes que permitem que dois cubos se prendam um ao outro.
Embora os cubos não possam ser manipulados tão facilmente quanto, digamos, os do videogame "Minecraft", a equipe prevaª fortes aplicativos de inspeção e, eventualmente, resposta a desastres. Imagine um prédio em chamas onde uma escada desapareceu. No futuro, vocêpode imaginar simplesmente jogando M-Blocks no cha£o e observando-os construir uma escada tempora¡ria para subir atéo telhado ou descer o pora£o para resgatar vitimas.
"M significa movimento, ama£ e magia", diz a professora do MIT e diretora do CSAIL, Daniela Rus. “'Movimento', porque os cubos podem se mover pulando. 'ama£', porque os cubos podem se conectar a outros cubos usando ama£s e, uma vez conectados, eles podem se mover juntos e se conectar para montar estruturas. 'Ma¡gica', porque não vemos nenhuma parte ma³vel, e o cubo parece ser movido por ma¡gica. â€
Enquanto o mecanismo ébastante complexo por dentro, o exterior éexatamente o oposto, o que permite conexões mais robustas. Além da inspeção e resgate, os pesquisadores também imaginam usar os blocos para coisas como jogos, fabricação e assistaªncia médica.
"O aºnico aspecto de nossa abordagem éque ébarato, robusto e potencialmente mais fa¡cil de escalar para um milha£o de ma³dulos", diz John Romanishin, estudante de doutorado da CSAIL, principal autor de um novo artigo sobre o sistema. “Os blocos M podem se mover de maneira geral. Outros sistemas robóticos tem mecanismos de movimento muito mais complicados, que exigem muitas etapas, mas nosso sistema émais escala¡vel. â€
Romanishin escreveu o artigo ao lado de Rus e do estudante de graduação John Mamish, da Universidade de Michigan. Eles apresentara£o o artigo sobre blocos M na Conferência Internacional do IEEE sobre Roba´s e Sistemas Inteligentes, em novembro, em Macau.
Os sistemas de robôs modulares anteriores geralmente lidam com o movimento usando ma³dulos unita¡rios com pequenos braa§os robóticos conhecidos como atuadores externos. Esses sistemas exigem muita coordenação, mesmo para os movimentos mais simples, com vários comandos para um salto ou salto.
No lado da comunicação, outras tentativas envolveram o uso de luz infravermelha ou ondas de ra¡dio, que podem ficar rapidamente desajeitadas: se vocêtem muitos robôs em uma área pequena e todos tentam enviar sinais um ao outro, isso abre um canal confuso de conflito e confusão.
Quando um sistema usa sinais de ra¡dio para se comunicar, os sinais podem interferir um com o outro quando hámuitos ra¡dios em um volume pequeno.
Em 2013, a equipe criou seu mecanismo para M-Blocks. Eles criaram cubos de seis faces que se movem usando algo chamado "forças inerciais". Isso significa que, em vez de usar braa§os em movimento que ajudam a conectar as estruturas, os blocos tem uma massa dentro deles que eles "jogam" contra a lateral do ma³dulo, que faz com que o bloco gire e se mova.
Cada ma³dulo pode se mover em quatro direções cardinais quando colocado em qualquer uma das seis faces, o que resulta em 24 direções de movimento diferentes. Sem armas e apaªndices saindo dos blocos, émuito mais fa¡cil para eles ficarem livres de danos e evitar colisaµes.
Sabendo que a equipe havia resolvido os obsta¡culos fasicos, o desafio crítico ainda persistia: como fazer com que esses cubos se comuniquem e identifiquem com segurança a configuração dos ma³dulos vizinhos?
Romanishin criou algoritmos projetados para ajudar os robôs a realizar tarefas simples, ou "comportamentos", que os levaram a idanãia de um sistema semelhante a ca³digo de barras, onde os robôs podem sentir a identidade e o rosto de quais outros blocos estãoconectados.
Em um experimento, a equipe fez com que os ma³dulos se transformassem em uma linha a partir de uma estrutura aleata³ria, e eles observaram se os ma³dulos podiam determinar a maneira especafica pela qual eles estavam conectados. Se não estivessem, teriam que escolher uma direção e rolar assim atéque terminassem no final da linha.
Essencialmente, os blocos usavam a configuração de como eles estãoconectados um ao outro para guiar o movimento que eles escolheram - e 90% dos M-Blocks conseguiram entrar na fila.
A equipe observa que a construção dos componentes eletra´nicos foi muito desafiadora, especialmente ao tentar encaixar um hardware complexo dentro de um pacote tão pequeno. Para tornar os enxames M-Block uma realidade maior, a equipe quer exatamente isso - mais e mais robôs produzem enxames maiores com capacidades mais fortes para várias estruturas.
O projeto foi apoiado, em parte, pela National Science Foundation e Amazon Robotics.
