Moitos sistemas de robótica existentes inspíranse na natureza, reproducindo artificialmente procesos biolóxicos, estruturas naturais ou comportamentos animais para acadar obxectivos específicos. Isto débese a que os animais e as plantas están equipados de forma innata con habilidades que lles axudan a sobrevivir nos seus respectivos ambientes, e que, polo tanto, tamén poderían mellorar o rendemento dos robots fóra dos escenarios do laboratorio.
"Os brazos robóticos brandos son unha nova xeración de manipuladores robóticos que se inspiran nas capacidades de manipulación avanzadas que presentan organismos 'desossados', como tentáculos de polbo, trompas de elefantes, plantas, etc.", Enrico Donato, un dos investigadores que realizou o estudo, dixo a Tech Xplore. "Traducir estes principios en solucións de enxeñería dá como resultado sistemas que están formados por materiais lixeiros flexibles que poden sufrir unha deformación elástica suave para producir un movemento compatible e hábil. Debido a estas características desexables, estes sistemas axústanse ás superficies e presentan robustez física e un funcionamento seguro para as persoas a un custo potencialmente baixo.
Aínda que os brazos robóticos brandos poderían aplicarse a unha gran variedade de problemas do mundo real, poderían ser particularmente útiles para automatizar tarefas que impliquen chegar a lugares desexados que poden ser inaccesibles para robots ríxidos. Moitos equipos de investigación intentaron desenvolver recentemente controladores que permitan a estes brazos flexibles afrontar estas tarefas de forma eficaz.
"Xeralmente, o funcionamento destes controladores depende de formulacións computacionais que poden crear un mapeo válido entre dous espazos operativos do robot, é dicir, espazo de tarefas e espazo de actuador", explicou Donato. "Non obstante, o bo funcionamento destes controladores depende xeralmente da retroalimentación da visión, que limita a súa validez en ambientes de laboratorio, restrinxindo a implantación destes sistemas en ambientes naturais e dinámicos. Este artigo é o primeiro intento de superar esta limitación sen abordar e estender o alcance destes sistemas a ambientes non estruturados.
"Ao contrario da idea errónea común de que as plantas non se moven, as plantas móvense activa e intencionadamente dun punto a outro usando estratexias de movemento baseadas no crecemento", dixo Donato. "Estas estratexias son tan eficaces que as plantas poden colonizar case todos os hábitats do planeta, unha capacidade que carece no reino animal. Curiosamente, a diferenza dos animais, as estratexias de movemento das plantas non se derivan dun sistema nervioso central, senón que xorden por mor de formas sofisticadas de mecanismos informáticos descentralizados.
A estratexia de control que sustenta o funcionamento do controlador dos investigadores trata de replicar os sofisticados mecanismos descentralizados que sustentan os movementos das plantas. O equipo utilizou especificamente ferramentas de intelixencia artificial baseadas no comportamento, que consisten en axentes informáticos descentralizados combinados nunha estrutura ascendente.
"A novidade do noso controlador bio-inspirado reside na súa sinxeleza, onde explotamos as funcionalidades mecánicas fundamentais do brazo do robot brando para xerar o comportamento global de alcance", dixo Donato. "Específicamente, o brazo do robot brando consta dunha disposición redundante de módulos brandos, cada un dos cales se activa mediante unha tríada de actuadores dispostos radialmente. É sabido que para tal configuración, o sistema pode xerar seis direccións de flexión principais.
Os axentes informáticos que sustentan o funcionamento do controlador do equipo aproveitan a amplitude e o tempo da configuración do actuador para reproducir dous tipos diferentes de movementos da planta, coñecidos como circunnutación e fototropismo. As circunnutacións son oscilacións que se observan habitualmente nas plantas, mentres que o fototropismo son movementos direccionais que achegan as ramas ou follas dunha planta á luz.
O controlador creado por Donato e os seus colegas pode cambiar entre estes dous comportamentos, logrando o control secuencial dos brazos robóticos que abarcan dúas etapas. A primeira destas etapas é unha fase de exploración, onde os brazos exploran o seu contorno, mentres que a segunda é unha fase de chegada, na que se moven para chegar ao lugar ou obxecto desexado.
"Quizais a conclusión máis importante deste traballo en particular é que esta é a primeira vez que se habilitan brazos robóticos brandos redundantes para alcanzar capacidades fóra do entorno do laboratorio, cun marco de control moi sinxelo", dixo Donato. "Ademais, o controlador é aplicable a calquera softwarerobotbrazo proporcionou unha disposición de actuación similar. Este é un paso cara ao uso de estratexias integradas de detección e control distribuído en robots continuos e brandos".
Ata o momento, os investigadores probaron o seu controlador nunha serie de probas, utilizando un brazo robótico modular, lixeiro e suave con 9 graos de liberdade (9-DoF). Os seus resultados foron moi prometedores, xa que o controlador permitiu ao brazo explorar o seu contorno e chegar a un lugar obxectivo de forma máis eficaz que outras estratexias de control propostas no pasado.
No futuro, o novo controlador podería aplicarse a outros brazos robóticos brandos e probarse tanto en entornos de laboratorio como no mundo real, para avaliar aínda máis a súa capacidade para facer fronte aos cambios ambientais dinámicos. Mentres tanto, Donato e os seus colegas planean desenvolver aínda máis a súa estratexia de control, para que poida producir movementos e comportamentos adicionais do brazo robótico.
"Actualmente estamos buscando mellorar as capacidades do controlador para permitir comportamentos máis complexos, como o seguimento de obxectivos, o enganche de brazo enteiro, etc., para permitir que estes sistemas funcionen en ambientes naturais durante longos períodos de tempo", engadiu Donato.
Hora de publicación: 06-06-2023