Construindo um cão-robô correndo...

Engenheiros do Laboratório Computacional de Design e Fabricação de Robôs (CREATE) da EPFL, liderados pela Prof. Josie Hughes, estão criando novas maneiras de construir robôs com capacidades nunca antes vistas. Por exemplo, Hughes e dois outros pesquisadores usaram o ChatGPT para projetar uma pinça robótica para a colheita de tomates. E Mickaël Achkar usou dados de captura de movimento de cães vivos para construir um robô. Mais especificamente, Achkar estudou os mecanismos biológicos dos cães para criar um design de robô mais inteligente e construir um protótipo que possa funcionar sozinho uma vez colocado em movimento, sem ativar seus motores.

“Eu queria projetar um robô com características animais, tendo em mente que os animais – assim como os humanos – se movem de diversas maneiras”, diz Achkar. “Mas a maioria desses movimentos é executada por apenas algumas articulações.” Ele, portanto, inspirou-se nos processos de controle motor dos animais para guiá-lo no projeto de seu robô.

Achkar poderia ter escolhido praticamente qualquer animal – um gafanhoto, um rato, um elefante ou uma chita, por exemplo – mas um cão acabou por ser a escolha óbvia. “Encontramos um vasto conjunto de dados sobre o movimento dos cães, e ele estava até disponível em código aberto!” ele diz. O primeiro passo foi extrair dados sobre os movimentos sinérgicos dos cães e depois estruturar os dados para que pudessem ser “resumidos” de forma significativa, através de um método conhecido como análise de componentes principais. Basicamente, isso envolveu agrupar os dados em vários vetores que descrevem os principais eixos de movimento do cão e usar essas informações para estabelecer especificações exatas para o robô.

Metal, polias, cabos e parafusos

O cão robótico de Achkar tem simetria bilateral. Cada uma das quatro pernas do robô possui três articulações, e cada articulação é coordenada com as outras. Esta última característica é o benefício adicional que permite ao robô de Achkar correr da mesma forma que – e com toda a agilidade – de um cão real. Para construir o protótipo, Achkar usou hastes de metal como ossos, polias impressas em 3D como articulações, cabos finos como tendões e alguns parafusos para segurar tudo junto.

Os engenheiros compraram uma esteira para testar seu protótipo. Eles descobriram que, uma vez que o robô começasse a funcionar, ele poderia funcionar de forma autônoma, sem a necessidade de ativar seus motores de controle. “Inicialmente pensamos que poderia ter sido um acaso”, diz Achkar. “Então mudamos um pouco o design e testamos o robô novamente – e ele não conseguia mais funcionar.” No entanto, a equipe de pesquisa acabou adicionando um contrapeso, semelhante a um pêndulo, para que o robô pudesse permanecer em movimento quando fosse iniciado. “O contrapeso usa ressonância para injetar energia”, diz Achkar. Francesco Stella, estudante de doutorado na CREATE e supervisor do projeto, acrescenta: “Projetamos o corpo do robô para ser capaz de responder automaticamente, da mesma forma que uma truta começa a nadar automaticamente quando colocada na água”.

Articulações movendo-se em sinergia

Os motores de controle do robô são, no entanto, úteis para alcançar uma amplitude de movimento mais ampla. Por exemplo, ele pode saltar e superar obstáculos sem a ajuda do contrapeso. “Gostaríamos de aprimorar ainda mais nosso projeto com os motores, mas por enquanto o protótipo não é muito robusto”, diz Achkar. Isso não o impediu de testar o cão mecânico, colocando uma vara entre suas pernas para ver como ele reagiria. Imperturbável, o robô retomou automaticamente seu galope gracioso. E na esteira, atinge facilmente a velocidade de 6 km/h.

“Nosso objetivo não é competir com cães robóticos de altíssima tecnologia, mas sim explorar designs de robôs de inspiração biológica”, diz Achkar. “Isso implica aprimorar o design fundamental de um robô e modificar suas propriedades passivas para que sejam necessários apenas sistemas de controle simples – tudo isso maximizando as capacidades do robô. O que fizemos aqui – projetar as articulações para trabalharem em sinergia – já se mostrou útil para criar mãos robóticas e outras partes do corpo.”

Achkar submeteu seu trabalho de pesquisa a uma revista científica para publicação, e ele deve ser publicado nos próximos meses. Agora que concluiu seu mestrado em engenharia robótica, Achkar planeja retornar a Montreal. Ele veio do Canadá para a EPFL depois de se formar em engenharia mecânica pela Universidade McGill. Por que ele escolheu a EPFL? Porque oferecia uma educação excelente e estava localizada numa parte da Europa de língua francesa. Também lhe deu a oportunidade de descobrir o excitante mundo da robótica.