Pesquisadores criam robôs que podem construir edifícios e veículos 

Pesquisadores do MIT deram passos significativos em direção à criação de robôs que poderiam montar de forma prática e econômica quase qualquer coisa, incluindo coisas muito maiores do que eles mesmos, 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 demonstrando que objetos como uma asa de avião deformável e um carro de corrida funcional poderiam ser montados a partir de pequenas peças leves idênticas – e que dispositivos robóticos poderiam ser construídos para realizar parte desse trabalho de montagem.

Agora, a equipe mostrou que tanto os bots montadores quanto os componentes da estrutura que está sendo construída podem ser feitos das mesmas subunidades, e os robôs podem se mover de forma independente em grande número para realizar montagens em larga 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 outras três pessoas.

Robôs Replicantes

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 faz avanços importantes em direção a esse objetivo, incluindo a elaboração de tarefas complexas de quando construir mais robôs e quão grandes fabricá-los, bem como organizar enxames de bots de diferentes tamanhos para construir uma estrutura de forma eficiente sem colidir uns com os 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 2D). Mas enquanto os voxels anteriores eram peças estruturais puramente mecânicas, a equipe agora desenvolveu voxels complexos que cada um pode transportar energia e dados de uma unidade para a próxima. 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.

Os próprios robôs consistem em uma série de vários voxels unidos de ponta a ponta. Estes podem pegar outro voxel usando pontos de fixação em uma extremidade e, em seguida, mover a polegada para a posição desejada, onde o voxel pode ser anexado à estrutura de crescimento e liberado lá.

Gershenfeld explica que, embora o sistema anterior demonstrado por membros de seu grupo pudesse, em princípio, construir estruturas arbitrariamente grandes, já que o tamanho dessas estruturas atingisse um certo ponto em relação ao tamanho do robô montador, o processo se tornaria cada vez mais ineficiente por causa dos 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 mais longas e reduzir o tempo de viagem. Uma estrutura ainda maior pode exigir mais um passo, com os novos robôs maiores criando robôs ainda maiores, enquanto partes de uma estrutura que incluem muitos detalhes finos podem exigir mais dos menores robôs.

Entendendo o funcionamento do sistema

Enquanto o sistema experimental pode realizar a montagem e inclui 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 ele se afasta. E isso se deve ao ajuste fino das coisas, como a força dos atuadores e a força das juntas. … Mas é longe o suficiente para que essas sejam as partes que levarão a isso.”

Em última análise, tais sistemas podem ser usados para construir uma grande 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 partes do jato jumbo para fazê-lo”, diz Gershenfeld. Com um sistema como este construído a partir de minúsculos componentes montados por pequenos 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 ignoraria 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 de edifícios relativamente de baixa tecnologia 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. Mais uma vez, o potencial de tais estruturas serem montadas por enxames de minúsculos robôs poderia fornecer benefícios. E a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa também está interessada no trabalho para a possibilidade de construir estruturas para proteção costeira contra a erosão e o aumento 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 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 eficientemente materiais 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 de robôs para construir um conjunto de robôs cujos tamanhos são otimizados para construir a estrutura desejada (e outros robôs) o mais rápido possível. “

Texto traduzido e adaptados do original em MIT News.