Pesquisadores da Universidade de Kyoto e da Universidade de Nagoya, no Japão, desenvolveram recentemente uma nova abordagem automática para projetar robôs que poderiam melhorar simultaneamente sua forma, estrutura, movimentos e componentes do controlador. Essa abordagem, apresentada em um artigo publicado na Artificial Life and Robotics, inspira-se na evolução dos vertebrados, a ampla categoria de animais que possuem coluna vertebral ou esqueleto, que inclui mamíferos, répteis, aves, anfíbios e peixes.
“O design automático do robô é um projeto de pesquisa completamente novo para o Matsuno Lab, o laboratório liderado por Fumitoshi Matsuno, e este é o primeiro artigo publicado para este projeto”, disse Ryosuke Koike, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao TechXplore. “Seu objetivo principal era projetar um robô de bom desempenho para uma determinada tarefa. Como existem inúmeras combinações possíveis de morfologias e controladores de robôs, é impossível alcançar o melhor robô por exploração humana manual. Portanto, percebemos que é necessário para estabelecer um método para projetar robôs automaticamente usando computadores.”
Essencialmente, em vez de desenvolver um projeto de robô único para uma aplicação específica, Koike e seus colegas desejavam explorar a possibilidade de criar um sistema que pudesse produzir automaticamente projetos de robôs com morfologias e características específicas. Se tal sistema funcionasse de forma eficiente, poderia eventualmente simplificar o desenvolvimento de sistemas robóticos específicos para tarefas.
A característica mais notável do sistema de design automático de robôs é que ele é parcialmente inspirado na evolução dos vertebrados. Mais especificamente, Koike e seus colegas levantaram a hipótese de que, à medida que evoluíam ao longo dos séculos, o número de ossos nos corpos dos vertebrados tendia a diminuir.
Seu sistema segue a chamada “regra de melhoria” que se baseia nessa hipótese. Mais especificamente, foi treinado para projetar robôs removendo partes rígidas desnecessárias de um robô complexo desenvolvido anteriormente. Isso, por sua vez, permite identificar morfologias e componentes controladores mais eficazes para o robô recém-projetado.
“Os robôs ambulantes atuais geralmente têm morfologias semelhantes a vertebrados, como cães”, explicou Koike. “Ao imitar a evolução dos vertebrados, podemos projetar robôs com desempenho comparável a esses robôs práticos. Além disso, esperamos que, idealmente, morfologias mais evoluídas do que os vertebrados de hoje surjam e tenham um desempenho melhor.”
Koike e seus colegas avaliaram seu método de projeto automático de robôs em uma série de testes, onde o compararam com outras estratégias de projeto robótico. Eles descobriram que a regra de melhoria inspirada na evolução dos vertebrados do método levou à criação de designs de robôs simplificados e interessantes.
“Os fatores discretos da morfologia do robô – quantas partes rígidas um robô precisa e como elas devem ser conectadas – são difíceis de lidar teoricamente, então eles dependem em grande parte da experiência e intuições dos designers”, disse Koike. “Ou, em estudos recentes considerando o projeto de robôs automáticos, muitas vezes eles foram explorados de forma quase exaustiva. Tornamos a busca mais eficiente estabelecendo uma regra simples: reduzir monotonicamente o número de peças rígidas.”
No futuro, o método de projeto automático de robôs introduzido por essa equipe de pesquisadores poderá ser implementado em configurações do mundo real para acelerar e melhorar o projeto de robôs. Além disso, este trabalho pode inspirar o desenvolvimento de outros sistemas baseados na hipótese da evolução dos vertebrados salvos.
Em seus próximos estudos, Koike e seus colegas planejam explorar o potencial de outras abordagens possíveis para projetar robôs automaticamente, que não serão necessariamente inspiradas na evolução dos vertebrados. Além disso, eles criaram recentemente um método alternativo que aborda algumas das limitações de sua abordagem de design de robôs, que em breve será apresentada em um novo artigo de jornal.
“Até agora, só confirmamos a eficácia desse método em tarefas exploratórias e descobrimos que leva muito tempo para aprender e supera apenas um pouco os métodos existentes”, acrescentou Koike. “Os seres humanos inventaram a roda para se mover eficientemente em terreno plano. À medida que o escopo da morfologia dos robôs se expande, até a roda deve ser inventada automaticamente. Se existir um mecanismo melhor do que a roda, o design automático do robô deve ser capaz de inventá-lo. , à medida que o escopo das tarefas se expande, deve inventar melhores veículos aéreos, navios, robôs industriais e assim por diante.”
Publicado em 11/10/2022 07h19
Artigo original:
Estudo original: