Grupos de robôs montadores mostram potencial para fazer estruturas maiores

TX, 22/11/2022 

Por David L Chandler 

Pesquisadores do MIT deram passos significativos para a criação de robôs que poderiam montar praticamente qualquer coisa de forma prática e econômica, incluindo coisas muito maiores do que eles, de veículos a edifícios e robôs maiores.

O novo trabalho, do Centro de Bits e Átomos (CBA) do MIT, baseia-se em anos de pesquisa, incluindo estudos recentes que demonstram que objetos como uma asa de avião deformável e um carro de corrida funcional podem ser montados a partir de pequenas peças leves idênticas – e que robôs dispositivos poderiam ser construídos para realizar parte desse trabalho de montagem. Agora, a equipe mostrou que tanto os robôs montadores quanto os componentes da estrutura que está sendo construída podem ser feitos das mesmas subunidades, e os robôs podem se mover independentemente em grandes números para realizar montagens em grande escala rapidamente.

O novo trabalho é relatado na revista Nature Communications Engineering, em um artigo da estudante de doutorado da CBA Amira Abdel-Rahman, e do professor e diretor da CBA Neil Gershenfeld e de outros três.

Um sistema de montagem de robôs autorreplicantes totalmente autônomo capaz de montar estruturas maiores, incluindo robôs maiores, e planejar a melhor sequência de construção ainda está a anos de distância, diz Gershenfeld. Mas o novo trabalho dá passos importantes em direção a esse objetivo, incluindo a elaboração de tarefas complexas de quando construir mais robôs e quão grande fazê-los, bem como organizar enxames de bots de tamanhos diferentes para construir uma estrutura de forma eficiente sem colidir com os outros e uns aos outros.

Como em experimentos anteriores, o novo sistema envolve estruturas grandes e utilizáveis ​​construídas a partir de uma matriz de minúsculas subunidades idênticas chamadas voxels (o equivalente volumétrico de um pixel 2D). Mas enquanto os voxels anteriores eram peças estruturais puramente mecânicas, a equipe agora desenvolveu voxels complexos que podem transportar energia e dados de uma unidade para outra. Isso poderia permitir a construção de estruturas que podem não apenas suportar cargas, mas também realizar trabalhos, como levantar, mover e manipular materiais – incluindo os próprios voxels.

"Quando estamos construindo essas estruturas, você tem que construir inteligência", diz Gershenfeld. Embora as versões anteriores dos robôs montadores fossem conectadas por feixes de fios à sua fonte de energia e sistemas de controle, "o que surgiu foi a ideia de eletrônica estrutural – de fazer voxels que transmitem energia e dados, bem como força". Olhando para o novo sistema em operação, ele ressalta: "Não há fios. Há apenas a estrutura".

Os próprios robôs consistem em uma sequência de vários voxels unidos de ponta a ponta. Estes podem agarrar outro voxel usando pontos de fixação em uma extremidade e, em seguida, mover-se como uma lagarta para a posição desejada, onde o voxel pode ser preso à estrutura em crescimento e liberado lá.

Gershenfeld explica que, embora o sistema anterior demonstrado por membros de seu grupo pudesse, em princípio, construir estruturas arbitrariamente grandes, à medida que o tamanho dessas estruturas atingisse um certo ponto em relação ao tamanho do robô montador, o processo se tornaria cada vez mais ineficiente devido à caminhos cada vez mais longos que cada bot teria que percorrer para levar cada peça ao seu destino.

Nesse ponto, com o novo sistema, os bots poderiam decidir que era hora de construir uma versão maior de si mesmos que pudesse alcançar distâncias maiores e reduzir o tempo de viagem. Uma estrutura ainda maior pode exigir mais uma etapa desse tipo, com os novos robôs maiores criando outros ainda maiores, enquanto partes de uma estrutura que incluem muitos detalhes finos podem exigir mais dos robôs menores.

À medida que esses dispositivos robóticos trabalham na montagem de algo, diz Abdel-Rahman, eles enfrentam escolhas a cada passo ao longo do caminho: "Ele pode construir uma estrutura, ou pode construir outro robô do mesmo tamanho, ou pode construir um robô maior." Parte do trabalho em que os pesquisadores se concentram é criar os algoritmos para essa tomada de decisão.

"Por exemplo, se você deseja construir um cone ou meia esfera", diz ela, "como você inicia o planejamento do caminho e como divide essa forma" em diferentes áreas nas quais diferentes bots podem trabalhar? O software que eles desenvolveram permite que alguém insira uma forma e obtenha uma saída que mostra onde colocar o primeiro bloco e cada um depois disso, com base nas distâncias que precisam ser percorridas.

Existem milhares de artigos publicados sobre planejamento de rotas para robôs, diz Gershenfeld. "Mas a etapa seguinte, do robô ter que tomar a decisão de construir outro robô ou um tipo diferente de robô – isso é novo. Não há realmente nada antes disso."

Enquanto o sistema experimental pode realizar a montagem e incluir os links de energia e dados, nas versões atuais os conectores entre as minúsculas subunidades não são fortes o suficiente para suportar as cargas necessárias. A equipe, incluindo a estudante de pós-graduação Miana Smith, agora está se concentrando no desenvolvimento de conectores mais fortes.

"Esses robôs podem andar e colocar peças", diz Gershenfeld, "mas estamos quase – mas não exatamente – no ponto em que um desses robôs faz outro e se afasta. E isso se resume ao ajuste fino das coisas, como a força dos atuadores e a força das articulações. …

Em última análise, esses sistemas podem ser usados ​​para construir uma ampla variedade de estruturas grandes e de alto valor. Por exemplo, atualmente a forma como os aviões são construídos envolve enormes fábricas com pórticos muito maiores do que os componentes que eles constroem, e então "quando você faz um jato jumbo, você precisa de jatos jumbo para transportar as peças do jato jumbo para fazê-lo", Gershenfeld diz. Com um sistema como este construído a partir de minúsculos componentes montados por minúsculos robôs, "a montagem final do avião é a única montagem".

Da mesma forma, ao produzir um carro novo, "você pode gastar um ano em ferramentas" antes que o primeiro carro seja realmente construído, diz ele. O novo sistema contornaria todo esse processo. Tais eficiências potenciais são o motivo pelo qual Gershenfeld e seus alunos têm trabalhado em estreita colaboração com empresas automobilísticas, empresas de aviação e a NASA. Mas mesmo a indústria de construção civil de tecnologia relativamente baixa também poderia se beneficiar.

Embora tenha havido um interesse crescente em casas impressas em 3D, hoje elas exigem máquinas de impressão tão grandes ou maiores que a casa que está sendo construída. Mais uma vez, o potencial de tais estruturas serem montadas por enxames de pequenos robôs pode trazer benefícios. E a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) também está interessada na obra pela possibilidade de construção de estruturas para proteção costeira contra erosão e elevação do nível do mar.

Aaron Becker, professor associado de engenharia elétrica e de computação da Universidade de Houston, que não esteve associado a esta pesquisa, chama este artigo de "um home run – [oferecendo] um sistema de hardware inovador, uma nova maneira de pensar sobre o dimensionamento de um enxame e algoritmos rigorosos."

Becker acrescenta: "Este artigo examina uma área crítica de sistemas reconfiguráveis: como escalar rapidamente uma força de trabalho robótica e usá-la para montar materiais com eficiência em uma estrutura desejada. ... Este é o primeiro trabalho que vi que ataca o problema de uma perspectiva radicalmente nova – usando um conjunto bruto de peças robóticas para construir um conjunto de robôs cujos tamanhos são otimizados para construir a estrutura desejada (e outros robôs) o mais rápido possível."

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Fonte:https://techxplore.com/news/2022-11-flocks-robots-potential-larger.html