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Por que os robôs não conseguem fugir dos animais?

A nova pesquisa de SFU Max Donelan analisa por que os animais ainda são capazes de superar os robôs quando se trata de movimento.

Os engenheiros robóticos trabalharam durante décadas e investiram muitos milhões de dólares em pesquisa na tentativa de criar um robô que pudesse andar ou correr tão bem quanto um animal. E, no entanto, continua a ser verdade que muitos animais são capazes de feitos que seriam impossíveis para os robôs que existem hoje.

“Um gnu pode migrar por milhares de quilômetros em terrenos acidentados, uma cabra montesa pode escalar um penhasco literal, encontrando pontos de apoio que nem parecem estar lá, e as baratas podem perder uma perna e não diminuir a velocidade”, diz Max Donelan. , professor do Departamento de Fisiologia Biomédica e Cinesiologia da Universidade Simon Fraser. “Não temos robôs capazes de algo parecido com esta resistência, agilidade e robustez.”

Para entender por que e quantificar como os robôs ficam atrás dos animais, uma equipe interdisciplinar de cientistas e engenheiros das principais universidades de pesquisa concluiu um estudo detalhado de vários aspectos do funcionamento dos robôs, comparando-os com seus equivalentes em animais, para um artigo publicado em Robótica Científica . O artigo conclui que, pelas métricas usadas pelos engenheiros, os componentes biológicos tiveram um desempenho surpreendentemente fraco em comparação com as peças fabricadas. Porém, onde os animais se destacam é na integração e no controle desses componentes.

Ao lado de Donelan, a equipe era composta por Sam Burden, professor associado do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Washington; Tom Libby, engenheiro de pesquisa sênior, SRI International; Kaushik Jayaram, professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica Paul M Rady da Universidade do Colorado Boulder; e Simon Sponberg, professor associado de Física e Ciências Biológicas da Família Dunn no Instituto de Tecnologia da Geórgia.

Cada pesquisador estudou um dos cinco “subsistemas” diferentes que se combinam para criar um robô em funcionamento – potência, estrutura, atuação, detecção e controle – e os compararam com seus equivalentes biológicos. Anteriormente, era comumente aceito que o desempenho superior dos robôs pelos animais devia ser devido à superioridade dos componentes biológicos.

“A forma como as coisas aconteceram foi que, com apenas pequenas excepções, os subsistemas de engenharia superam os equivalentes biológicos – e por vezes superam-nos radicalmente”, diz Libby. “Mas também o que está muito, muito claro é que, se compararmos os animais com os robôs a nível de todo o sistema, em termos de movimento, os animais são espantosos. E os robôs ainda não os alcançaram.”

De forma mais optimista para o campo da robótica, os investigadores observaram que, se compararmos o tempo relativamente curto que a robótica teve para desenvolver a sua tecnologia com as incontáveis ​​gerações de animais que evoluíram ao longo de muitos milhões de anos, o progresso foi, na verdade, notavelmente rápido. .

“Irá avançar mais rapidamente, porque a evolução não é dirigida”, diz Burden. “Embora possamos corrigir a forma como projetamos robôs e aprender algo em um robô e baixá-lo em todos os outros robôs, a biologia não tem essa opção. Portanto, existem maneiras de nos movermos muito mais rapidamente quando projetamos robôs do que quando projetamos robôs. pode através da evolução – mas a evolução tem uma enorme vantagem.”

Mais do que simplesmente um desafio de engenharia, robôs em funcionamento eficaz oferecem inúmeras utilizações potenciais. Seja resolvendo desafios de entrega de “última milha” em um mundo projetado para humanos que muitas vezes é difícil de navegar para robôs com rodas, realizando buscas em ambientes perigosos ou manuseando materiais perigosos, há muitas aplicações potenciais para a tecnologia.

Os pesquisadores esperam que este estudo ajude a direcionar o desenvolvimento futuro da tecnologia robótica, com ênfase não na construção de uma peça de hardware melhor, mas na compreensão de como integrar e controlar melhor o hardware existente. Donelan conclui: “À medida que a engenharia aprende os princípios de integração da biologia, a operação de robôs se tornará tão eficiente, ágil e robusta quanto seus equivalentes biológicos.”

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