Cooperação entre Robôs
Como formigas e cardumes de peixes inspiraram a nova era da robótica, e como a evolução dos sistemas de sensoriamento e algoritmos computacionais permitiu surgir equipes de robôs que atuam de forma conjunta e autônoma.
Por Camila Machado de Araújo
Milhões de anos de evolução dos seres vivos nos fornecem um campo de pesquisa de soluções brilhantes para as mais diversas intempéries do meio natural. De forma criativa e inteligente, estudar a biologia e a adaptação dos seres permite aos cientistas das mais diversas áreas aplicar esses conhecimentos para o desenvolvimento tecnológico.
A cooperação é uma estratégia de desenvolvimento presente desde os primórdios da vida. Quando as células unicelulares começaram a agir em conjunto em prol da sobrevivência mútua, surgiram os primeiros organismos. E, posteriormente, na história da evolução de muitas espécies, a cooperação dos indivíduos garantiu sua sobrevivência. É dessa forma, por exemplo, que formigas conseguem atravessar o Rio Amazonas ao conectarem-se umas às outras e formar boias vivas; e, dessa forma, robôs também podem superar limitações de tamanho e solucionar problemas muito mais complexos ao trabalharem em conjunto, de forma coordenada.
Figura 1. Á esquerda, exemplo de formigas atravessando um rio na natureza. Á direita, formação de robôs coordenada para superar obstáculo. Estes foram desenvolvidos no departamento de Engenharia Eletrotécnica e Tecnologia da Informação da Universidade de Stuttgart na Alemanha.
A solução de problemas pode vir no cotidiano, automatizando o tráfego das ruas, por exemplo. Recentemente a Google desenvolveu um carro dotado de sistemas de sensores que funciona de forma autônoma, ou seja, sem nenhuma interferência humana durante a execução do trajeto. O trânsito formado apenas por carros inteligentes, que se comunicassem, se autorregularia, representando o fim de engarrafamentos e acidentes fatais. Ou mesmo em situações extremas, como em missões de salvamento em meio a desastres naturais.
Essa dinâmica requer, primeiramente, o controle individual avançado do movimento de cada robô. Retrocedendo um pouco na história da robótica, o desenvolvimento de robôs móveis começou na década de 1960 e representou um grande desafio. Foi necessário lidar com um ambiente compartilhado por pessoas e objetos, em constante mudança e, ainda assim, garantir eficácia e segurança na atuação dos robôs. Para tanto, é preciso confiar nos sistemas de sensoriamento e atuadores, além de garantir a manipulação de dados e comunicação a fim de receber a resposta esperada em tempo hábil.
Na década de 1990 ocorreu um grande salto de desenvolvimento e em 1997 a NASA enviou o robô “Souljorner” a Marte em uma expedição de exploração espacial. Hoje, os robôs móveis representam uma grande parcela da automação industrial e possuem uma série de outras aplicações para a proteção da vida humana: militarmente, em meios hostis e missões de salvamento.
O desenvolvimento de robôs móveis já representou um grande passo tecnológico com incontáveis aplicações cotidianas. Atualmente, um dos maiores desafios da robótica é controlar não apenas um robô, mas grupos inteiros que atuem em equipe. Esses robôs são capazes de analisar problemas, compartilhar dados e planejar sua atuação coordenada para realizar uma tarefa de forma conjunta e autônoma.
Figura 2. Equipe de robôs terrestres atuando em conjunto com drone para superar obstáculos. O link para o vídeo “Swarm robots cooperate with a flying drone” que detalha seu funcionamento encontra-se nas referências.
Para tanto, é fundamental a interdisciplinaridade entre engenharia e ciência da computação. Esta por meio de algoritmos avançados responsáveis pela coordenação dos robôs e aquela com o desenvolvimento dos sistemas de sensoriamento, os quais embasam os algoritmos.
O sensoriamento se dá por meio das tecnologias sem fio que, não apenas majoram a comunicação entre robôs, mas também são imprescindíveis para os robôs móveis. A semente da comunicação wireless data de 1893, com o experimento de Tesla, ele foi o primeiro a utilizar mecanismos da condução elétrica para finalidades da comunicação. Por meio de receptores eletromagnéticos comprovou os princípios da comunicação via rádio (envio de sinais captados por receptores). Atualmente as principais redes sem fio utilizadas na robótica são wi-fi, bluetooth e ZigBee.
Não surpreendentemente, a solução para a criação dos algoritmos foi inspirada na natureza. Por exemplo, um cardume se forma sem que haja uma liderança, muito menos é preciso que um peixe conheça a posição de todos os outros, cada peixe interage apenas com seus vizinhos e arredores. Ou ainda, formigas unem-se para transportar objetos muito maiores do que elas próprias sem uma orientação interna. De forma semelhante, a série de informações sensoriais captadas dos arredores é suficiente para coordenar o funcionamento de equipes de robôs autônomos.
Um dos principais centros de pesquisa sobre coordenação de robôs é o laboratório GRASP (General Robotics, Automation, Sensing & Perception Laboratory at Penn) da Universidade da Pensilvânia. O doutor Vijay Kumar, com nomeações nos departamentos de Engenharia Mecânica e Mecânica Aplicada, Computação e Ciência da Informação e Engenharia Elétrica e Sistemas da Universidade da Pensilvânia lidera a linha de pesquisa. O grupo de Kumar trabalha na criação de robôs autônomos aéreos e terrestres, e na projeção de algoritmos de inspiração biológica para comportamentos coletivos, como enxames de robôs. Eles ganharam muitos prêmios de melhor artigo em conferências e vários ex-alunos do grupo são líderes em ensino, pesquisa, negócios e empreendedorismo. Kumar é um companheiro da ASME e IEEE e membro da Academia Nacional de Engenharia.
Seguindo uma tendência global de evolução da comunicação sentida em todas as áreas de atividades, a coordenação de robôs marca um novo estágio de evolução da robótica e uma série de imprescindíveis aplicações na automação da vida humana. Nas palavras de Mark Weiser, importante cientista da computação, “as tecnologias mais importantes são aquelas que desaparecem, se integram à vida do dia a dia, ao nosso cotidiano até serem indistinguíveis dele”.
Referências:
Vijay Kumar Lab. Disponível em < http://www.kumarrobotics.org/> Acesso em 02 de junho de 2016.
Vijay Kumar: Robots that fly ... and cooperate. Disponível em Acesso em 02 de junho de 2016.
What cooperative robots can do for us: Dick Zhang at TEDxPenn2013. Disponível em . Acesso em 02 de junho de 2016.
Swarm robots cooperate with a flying drone. Disponível em . Acesso em 02 de junho de 2016.
ROBÔ AUTONÔMO – MODELO CHÃO DE FABRICA. Élio Rubens Pscheidt. Centro Universitário Positivo. 2007
Tecnologias wireless para automação industrial: wireless_heart, bluetooth, WISA, WI-FI, ZigBee e SP-100. Alexandre Bagatella Lugli, Darlan Guilherme Sobrinho.
Controle e Cooperação de Robôs Móveis Autónomos Omnidireccionais. André Gustavo Scolari Conceição. Universidade do Porto. 2007.
|
