Tecnologia Científica

Blocos de robôs autotransformadores pulam, giram, invertem e se identificam
Desenvolvidos no Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial do MIT, os robôs podem se auto-montar para formar várias estruturas com aplicações que incluem inspeção.
Por Rachel Gordon - 30/10/2019

Imagem: Jason Dorfman / MIT CSAIL
Um cubo robótico modular se encaixa no restante dos blocos M.

Enxames de robôs simples e interagentes têm 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 colméia, provou ser um obstáculo.

Em um esforço para mudar isso, uma equipe do Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial (CSAIL) do MIT criou um esquema surpreendentemente simples: cubos robóticos de montagem automática que podem se sobrepor, girar no ar e rolar através o chão.

Seis anos após a primeira iteração do projeto, os robôs agora podem "se comunicar" entre si usando um sistema de código de barras em cada face do bloco que permite que os módulos se identifiquem. A frota autônoma 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, há um volante que se move a 20.000 rotações por minuto, usando momento angular quando o volante é acionado. Em cada extremidade e em cada face há ímãs 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 prevê fortes aplicativos de inspeção e, eventualmente, resposta a desastres. Imagine um prédio em chamas onde uma escada desapareceu. No futuro, você pode imaginar simplesmente jogando M-Blocks no chão e observando-os construir uma escada temporária para subir até o telhado ou descer o porão para resgatar vítimas.

"M significa movimento, ímã e magia", diz a professora do MIT e diretora do CSAIL, Daniela Rus. “'Movimento', porque os cubos podem se mover pulando. 'Ímã', porque os cubos podem se conectar a outros cubos usando ímãs e, uma vez conectados, eles podem se mover juntos e se conectar para montar estruturas. 'Mágica', porque não vemos nenhuma parte móvel, e o cubo parece ser movido por mágica. ”


Enquanto o mecanismo é bastante complexo por dentro, o exterior é exatamente 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 assistência médica.

"O único aspecto de nossa abordagem é que é barato, robusto e potencialmente mais fácil de escalar para um milhão de módulos", 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 têm mecanismos de movimento muito mais complicados, que exigem muitas etapas, mas nosso sistema é mais escalável. ”

Romanishin escreveu o artigo ao lado de Rus e do estudante de graduação John Mamish, da Universidade de Michigan. Eles apresentarão o artigo sobre blocos M na Conferência Internacional do IEEE sobre Robôs e Sistemas Inteligentes, em novembro, em Macau.

Os sistemas de robôs modulares anteriores geralmente lidam com o movimento usando módulos unitários com pequenos braços 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 rádio, que podem ficar rapidamente desajeitadas: se você tem 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 rádio para se comunicar, os sinais podem interferir um com o outro quando há muitos rádios 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 braços em movimento que ajudam a conectar as estruturas, os blocos têm uma massa dentro deles que eles "jogam" contra a lateral do módulo, que faz com que o bloco gire e se mova.

Cada módulo 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 apêndices saindo dos blocos, é muito mais fácil para eles ficarem livres de danos e evitar colisões.

Sabendo que a equipe havia resolvido os obstáculos físicos, o desafio crítico ainda persistia: como fazer com que esses cubos se comuniquem e identifiquem com segurança a configuração dos módulos vizinhos?

Romanishin criou algoritmos projetados para ajudar os robôs a realizar tarefas simples, ou "comportamentos", que os levaram à idéia de um sistema semelhante a código de barras, onde os robôs podem sentir a identidade e o rosto de quais outros blocos estão conectados.

Em um experimento, a equipe fez com que os módulos se transformassem em uma linha a partir de uma estrutura aleatória, e eles observaram se os módulos podiam determinar a maneira específica pela qual eles estavam conectados. Se não estivessem, teriam que escolher uma direção e rolar assim até que terminassem no final da linha.


Essencialmente, os blocos usavam a configuração de como eles estão conectados 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 eletrônicos 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.