Simetria dinâmica, o princípio para uma nova família de robôs esféricos

O novo robô é uma prova de viabilidade baseada na simetria dinâmica (a capacidade de gerar força e aceleração de maneira uniforme em todas as direções). Os autores simularam 1.500 configurações diferentes para chegar a um design que se aproximasse de seu máximo teórico.

O resultado é Argos, cujas características e capacidades se descrevem em um estudo encabezado pela Universidade de Duke (EUA) que publica Science Robotics.

O robô, que toma seu nome do sentinela que tudo vê da mitologia grega, é esférico, sem parte dianteira nem traseira, com 20 patas modulares e telescópicas, que se estendem radialmente a partir de um núcleo em forma de dodecaedro, cada uma delas provida de uma câmera de profundidade na extremidade.

Esse design tão particular permite ao robô rolar sobre concreto, grama, vegetação densa, areia mole, superfícies molhadas e casca de árvore, independentemente de sua orientação, incluindo obstáculos de até 12,7 centímetros de altura ou escalar paredes verticais.

Também pode, segundo descreve o estudo, estabilizar-se rapidamente após receber um empurrão, adaptar-se aos danos e continuar se movimentando com três patas quebradas, transportar uma carga útil de 4,5 quilos ou empurrar um cubo de um metro de lado enquanto rola continuamente.

As câmeras omnidirecionais fazem com que possa seguir os objetos enquanto se movem, o que lhe permite ter consciência do ambiente durante a navegação.

"A primeira vez que o vimos se mover entre árvores e terreno acidentado, inclusive após fortes colisões, soubemos que se tratava de algo diferente", afirma o responsável da equipe, Jiaxun Liu, da Universidade de Duke.

A equipe indica que o que realmente importa não é a aparência de um robô, mas a uniformidade com a qual pode atuar em qualquer dimensão do espaço.

No coração das capacidades de Argos reside um novo princípio de design derivado matematicamente que a equipe batizou como isotropia dinâmica, que se pontua de 0 a 1 em função da uniformidade com a qual o robô pode acelerar seu centro de massa em todas as direções.

A maioria dos robôs, incluindo os quadrúpedes de última geração, os humanoides e os drones convencionais, obtêm uma pontuação inferior a 0,6. Argos alcança 0,91, aproximando-se do máximo teórico, destaca o artigo.

Os resultados demonstram que projetar robôs que busquem a simetria não apenas na morfologia, mas também em sua dinâmica alcançável, "oferece uma via potente e geral para a agilidade, a robustez e a multifuncionalidade em ambientes terrestres e extraterrestres incertos".

A escolha de 20 patas não é casual. Os pesquisadores projetaram uma família de robôs esféricos e estudaram como variavam a simetria dinâmica e a isotropia conforme o número de patas. Entre 16 e 22 extremidades com atuadores permitiam alcançar um nível quase ótimo.

Esses resultados, destaca a equipe, "vão muito além de Argos, que foi criado tanto para explorar e aprender desses conceitos de design quanto para demonstrá-los".

A simetria dinâmica é "um marco geral" que oferece uma forma de avaliar e comparar matematicamente uma ampla gama de robôs, bem como de projetar outros novos desde o início.

Argos é considerado —segundo Chen— o primeiro membro de uma família muito mais ampla de máquinas dinamicamente simétricas, que "não precisam imitar cães ou humanos para serem ágeis, resistentes e úteis".