Créditos: Cortesia dos pesquisadores
Pesquisadores avançam em direção a grupos de robôs que podem construir quase tudo, incluindo prédios, veículos e robôs ainda maiores.
Pesquisadores do MIT deram passos significativos para a criação de robôs que poderiam montar praticamente e economicamente quase tudo, incluindo coisas muito maiores do que eles, de veículos a edifícios e robôs maiores.
O novo trabalho, do Center for Bits and Atoms (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 idênticas e leves – e que objetos robóticos dispositivos poderiam ser construídos para realizar parte deste trabalho de montagem. Agora, a equipe mostrou que tanto os bots de montagem quanto os componentes da estrutura que está sendo construída podem ser feitos das mesmas subunidades, e os robôs podem se mover independentemente em grande número 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, do professor e diretor da CBA Neil Gershenfeld e de três outros.
Um sistema de montagem de robôs auto-replicantes 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 as tarefas complexas de quando construir mais robôs e qual o tamanho deles, bem como organizar enxames de bots de diferentes tamanhos para construir uma estrutura de forma eficiente sem colidir com eles. uns aos outros.
Como em experimentos anteriores, o novo sistema envolve estruturas grandes e utilizáveis construídas a partir de uma matriz de pequenas subunidades idênticas chamadas voxels (o equivalente volumétrico de um pixel 2-D). Mas enquanto os voxels anteriores eram peças estruturais puramente mecânicas, a equipe agora desenvolveu voxels complexos em que cada um pode 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 precisa construir inteligência”, diz Gershenfeld. Enquanto as versões anteriores dos robôs montadores eram conectadas por feixes de fios à sua fonte de energia e sistemas de controle, “o que surgiu foi a ideia da eletrônica estrutural – de fazer voxels que transmitam energia e dados, além de 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 minhoca para a posição desejada, onde o voxel pode ser anexado 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 chegasse a 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 puderam 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 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: “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 estão se concentrando é criar os algoritmos para essa tomada de decisão.
“Por exemplo, se você quiser construir um cone ou uma 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 o passo depois disso, 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 inclui os links de energia e dados, nas versões atuais os conectores entre as pequenas 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 podem colocar peças”, diz Gershenfeld, “mas estamos quase – mas não exatamente – no ponto em que um desses robôs faz outro e ele se afasta. E isso se deve ao ajuste fino das coisas, como a força dos atuadores e a força das articulações. – Mas está longe o suficiente para que essas sejam as partes que levarão a isso.”
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 fábricas enormes 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 partes 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. Essas eficiências potenciais são o motivo pelo qual Gershenfeld e seus alunos têm trabalhado em estreita colaboração com empresas de automóveis, empresas de aviação e NASA. Mas mesmo a indústria de construção de edifícios 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 do que a casa que está sendo construída. Novamente, 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 também está interessada no trabalho para a possibilidade de construção de estruturas de proteção costeira contra a erosão e a elevação do nível do mar.
Aaron Becker, professor associado de engenharia elétrica e de computação da Universidade de Houston, que não foi associado a esta pesquisa, chama este artigo de “um home run – [oferecendo] um sistema de hardware inovador, uma nova maneira de pensar em escalar 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 de forma eficiente em uma estrutura desejada. – Este é o primeiro trabalho que vejo que ataca o problema de uma perspectiva radicalmente nova – usando um conjunto bruto de peças de robô para construir um conjunto de robôs cujos tamanhos são otimizados para construir a estrutura desejada (e outros robôs) tão rápido quanto possível.”
Publicado em 27/11/2022 22h51
Artigo original:
Estudo original: