resumo: Os pesquisadores descobriram se os robôs modernos podem superar os organismos biológicos em velocidade e agilidade. O estudo concluiu que, apesar dos avanços na engenharia, os animais ainda superam os robôs em eficiência locomotiva em ambientes naturais.

Os pesquisadores descobriram que a integração de componentes robóticos fica aquém do processo coerente em nível de sistema observado em animais. Esta visão está a impulsionar o desenvolvimento de sistemas robóticos mais integrados e adaptáveis, inspirados no design da natureza.

Principais fatos:

1. Eficiência robótica versus biológica: O estudo confirma que os subsistemas robóticos individuais, como potência e atuação, podem igualar ou exceder os seus homólogos biológicos, mas os robôs não têm um desempenho tão bom como os animais quando estes sistemas são combinados.
2. Modelos biológicos inspiradores: A pesquisa destaca como os animais, como as aranhas-lobo e as baratas, se destacam em terrenos e tarefas complexas devido aos seus sistemas biológicos integrados e versáteis.
3. Tendências futuras da engenharia: As descobertas incentivam os engenheiros a repensar o design dos robôs e exigem uma abordagem mais integrada, semelhante aos sistemas biológicos, onde diferentes funções são combinadas em componentes únicos.

fonte: Universidade do Colorado

Talvez a questão seja uma versão do século XXI da história da tartaruga e da lebre: quem venceria uma corrida entre um robô e um animal?

Num artigo de nova perspectiva, uma equipa de engenheiros dos Estados Unidos e do Canadá, incluindo o roboticista Kaushik Jayaram, da Universidade do Colorado em Boulder, decidiu responder a este mistério.

O grupo analisou dados de dezenas de estudos e chegou a um sonoro “não”. Em quase todos os casos, criaturas biológicas, como chitas, baratas e até humanos, parecem ser capazes de superar os seus homólogos robóticos.

Os pesquisadores, liderados por Samuel Borden, da Universidade de Washington, e Maxwell Donnellan, da Universidade Simon Fraser, publicaram suas descobertas na semana passada na revista. Robótica científica.

“Como engenheiro, é meio chato”, disse Jayaram, professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica Paul M. Rady da Universidade do Colorado em Boulder. “Ao longo de 200 anos de extensa engenharia, conseguimos enviar naves espaciais para a Lua, Marte e muito mais. Mas é intrigante que ainda não tenhamos robôs que sejam muito melhores a mover-se em ambientes naturais do que os sistemas biológicos.”

Ele espera que este estudo inspire os engenheiros a aprender como construir robôs mais inteligentes e adaptáveis. Os investigadores concluíram que o fracasso dos robôs em superar os animais não se deve a uma deficiência em qualquer peça de maquinaria, como baterias ou motores. Em vez disso, os engenheiros podem ter dificuldades para fazer com que essas peças funcionem juntas de forma eficiente.

Essa busca é uma das principais paixões de Jayaram. Seu laboratório no campus da CU Boulder é o lar de muitos rastejadores assustadores, incluindo várias aranhas-lobo peludas do tamanho de meio dólar.

“As aranhas-lobo são caçadoras naturais”, disse Jayaram. “Eles vivem sob as rochas e podem correr em terrenos complexos a uma velocidade incrível para capturar presas.”

Ele imagina um mundo em que os engenheiros constroem robôs que agem mais como essas aranhas incomuns.

“Os animais são, até certo ponto, a personificação deste princípio de design definitivo, um sistema que funciona bem em conjunto”, disse ele.

Energia da barata

Pergunta “Quem corre melhor, animais ou robôs?” É complicado porque a operação em si é complicada.

Em pesquisas anteriores, Jayaram e seus colegas da Universidade de Harvard projetaram um grupo de robôs que buscam imitar o comportamento aversivo das baratas. O modelo HAMR-Jr da equipe cabe em uma moeda e corre a velocidades equivalentes à de uma chita. Mas, observou Jayaram, embora o HAMR-Jr possa se mover para frente e para trás, ele não se move bem de um lado para o outro ou em terrenos acidentados.

Em contraste, a humilde barata não tem problemas em atravessar superfícies que vão desde porcelana até terra e cascalho. Eles também podem quebrar paredes e passar por pequenas rachaduras.

Para entender por que esta diversidade é um desafio para a robótica, os autores do novo estudo dividiram estas máquinas em cinco subsistemas, incluindo potência, estrutura, atuação, detecção e controle. Para surpresa do grupo, alguns destes subsistemas pareciam estar aquém dos seus homólogos animais.

Por exemplo, baterias de íons de lítio de alta qualidade podem fornecer até 10 quilowatts de energia para cada quilograma (2,2 libras) que pesam. Por outro lado, o tecido animal produz cerca de um décimo disso. Enquanto isso, os músculos não chegam nem perto de igualar o torque absoluto de muitos motores.

“Mas no nível do sistema, os robôs não são bons”, disse Jayaram. “Enfrentamos compromissos inerentes ao design. Se tentarmos melhorar uma coisa, como a velocidade de avanço, podemos perder outra coisa, como a capacidade de virar.

Sentidos de aranha

Então, como podem os engenheiros construir robôs que, tal como os animais, sejam mais do que apenas a soma das suas partes?

Jayaram observou que os animais não são divididos em subsistemas separados da mesma forma que os robôs. Por exemplo, seus quadríceps impulsionam suas pernas como os motores HAMR-Jr impulsionam seus membros. Mas os quadríceps também produzem sua própria força, quebrando gorduras e açúcares e integrando células nervosas que podem sentir dor e pressão.

Jayaram acredita que o futuro da robótica pode estar limitado a “subunidades funcionais” que fazem a mesma coisa: em vez de manter as fontes de alimentação separadas dos motores e das placas de circuito, por que não integrá-las todas numa única peça?

Num artigo de 2015, o cientista da computação Nicholas Curiel, que não esteve envolvido no estudo atual, propôs tais “materiais robóticos” teóricos que agiriam mais como quads.

Os engenheiros ainda estão longe de atingir esse objetivo. Alguns, como Jayaram, estão tomando medidas nessa direção, como acontece com o Robô Artrópode Inseto Articulado (CLARI) de seu laboratório, um robô com várias pernas que se move um pouco como uma aranha.

Jayaram explicou que o CLARI é baseado em um design modular, com cada uma de suas pernas atuando como um robô autônomo com motor, sensores e circuitos de controle próprios. A nova e melhorada versão da equipe, chamada mCLARI, pode se mover em todas as direções em espaços apertados, uma novidade para robôs de quatro patas.

É outra coisa que engenheiros como Jayaram podem aprender com esses caçadores por excelência, as aranhas-lobo.

“A natureza é uma professora realmente útil.”

Sobre notícias de pesquisa em robótica e neurotecnologia

autor: Daniel Tensão
fonte: Universidade do Colorado
comunicação: Daniel Strain – Universidade do Colorado
foto: Imagem creditada ao Neuroscience News

Pesquisa original: Acesso livre.
“Por que os animais podem superar os robôs?“Por Kaushik Jayaram et al. Robótica científica

um resumo

Por que os animais podem superar os robôs?

Os animais correm muito melhor do que os robôs. A diferença no desempenho surge nas importantes dimensões de agilidade, alcance e durabilidade.

Para compreender as razões por trás desta lacuna de desempenho, comparamos tecnologias naturais e artificiais em cinco subsistemas operacionais críticos: potência, estrutura, atuação, detecção e controle.

Com poucas exceções, as tecnologias projetadas atendem ou excedem o desempenho de suas contrapartes biológicas.

Concluímos que a vantagem da biologia sobre a engenharia surge de uma melhor integração dos subsistemas e identificamos quatro obstáculos principais que os roboticistas devem superar.

Para atingir esse objetivo, destacamos direções de pesquisa promissoras que têm um enorme potencial para ajudar futuros robôs a alcançarem desempenho de nível animal.