Minirrobôs astutos como os insetos

Inspirados nos movimentos pre cisos das formigas, que sabem o caminho que devem percorrer, e das abelhas, que fazem reco nhecimento de elementos visuais em rotas, pesquisadores desen volveram um sistema integrado de navegação associado a um drone. Os cientistas da Universidade de Tecnologia de Delft (TU Delft), na Holanda, escolheram o modelo Bitcraze Crazyflie Brushless, que, somado à ferramenta, pesa 56 gramas. O desafio agora é estabe lecer mais autonomia com dispo nibilidade de memória e de car ga — por enquanto esses aspec tos estão limitados.

O artigo sobre o avanço da pesquisa foi publicado na Science Robotics. “Drones são particular mente desafiadores, pois só po dem carregar poucos sensores e pouca capacidade de processa mento ao voar. Mas isso também significa que será mais fácil im plementar nosso método em ro bôs que suportam maiores car gas”, diz Guido De Croon, coau tor da pesquisa.

Para estudar alternativas aos desafios, os cientistas montaram uma arena de voo para avaliar a capacidade do robô de percorrer dois caminhos distintos. Foram fei tos três testes. No primeiro, o arte fato é equipado apenas com odo metria (técnica usada para me dir a distância percorrida) e mais o uso de giroscópio e acelerôme tro). Ele concluiu a ida em forma de “U” (56 metros), mas não con segue retornar por falta de autono mia da bateria.

No segundo teste, a odometria do aparelho é integrada ao homing visual (análise de imagens compac tas). Nessas condições, ele comple tou os caminhos de ida e de volta em forma de “U” (56 metros) e de “S” (40 metros), sem esgotar a bateria. O terceiro teste foi apenas uma simu lação de rota em ambiente aberto com o uso da navegação integrada. Diante desses resultados, os cientis tas estão convencidos de que o ideal é associar os dois sistemas: odome tria e o homing visual.

“Para que forneçam informa ções de odometria mais úteis, os instrumentos de navegação inercial de drones precisam ser combinados com demais siste mas de registro de trajetória de navegação”, relata Paulo Rober to Kurka, pesquisador do Depar tamento de Sistemas Integrados, da Faculdade de Engenharia Me cânica da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). “Você pode se imaginar fechando os olhos e acompanhando onde está enquanto caminha. Quan to mais passos der de olhos fe chados, menos certeza terá de onde está e talvez queira espiar para saber. É exatamente o que propomos com os instantâneos”, resume De Croon.

Menos é mais

O posicionamento estratégi co de marcos fotográficos não é o único recurso dos cientistas da TU Delft para poupar espaço de memória. Outra alternativa é o armazenamento compacto, de modo a preservar apenas ca racterísticas das regiões onde a transição de cores ou formas é mais intensa em cada imagem. No final, os instantâneos em preto e branco têm um aspec to pouco discernível para olhos humanos, mas é o suficiente para o processamento do robô encontrar seu caminho.

A aposta é na economia em processamento para navegação de modo a deixar mais espaço

para outras ferramentas, como armazenamento de informa ções de estoque em uma in dústria ou da saúde de plantas em uma estufa. Para efeito de comparação, um robô aspirador doméstico utiliza um mecanis mo que realiza mais cálculos e utiliza mais espaço, porque faz o mapeamento comple to de uma da área a ser limpa (SLAM) e não precisa de mais memória para outras ativida des. Assim, a técnica dos pes quisadores de Delft poderia ser comparada a um atalho tec nológico para desenvolver pe quenos robôs independentes.

Flávio Vidal, pesquisa dor do Departamento de Ciências da Computação da Universidade de Brasília (UnB), ressalta que a pouca disponibilidade de bateria do drone ainda é um fator limi tador de autonomia. O cien tista Guido De Croon assinala que o esforço é tornar o mo delo mais robusto e viabili zar diferentes rotas para o re torno, após a implementação das melhorias.

Mil e uma possibilidades

A tecnologia de miniaturização pode ser aplicada nas mais distin tas áreas, desde operações de res gate à indústria petrolífera para o monitoramento de locais de risco e de difícil acesso, à indústria béli ca e à exploração espacial, segundo os especialistas. Para eles, há, ain da, ganhos colaterais, como a pos sibilidade de aperfeiçoar o sistema dos automóveis elétricos.

De acordo com os pesquisado res, entre as vantagens, estão o bai xo custo e o grande potencial de pequenos robôs como instrumen to de coleta de dados essenciais, além do porte e o armazenamen to reduzidos que se beneficiam da técnica proposta. Flávio de Barros Vidal, do Departamento de Ciên cias da Computação (CIC) da UnB, frisa a relevância da miniaturiza ção para o desenvolvimento da ro bótica, inclusive, para exploração espacial. “Pensando em um am biente inóspito, o código do robô tem que ser mais enxuto e o uso de energia, super econômico. Em missão no espaço, não há recursos ilimitados para repor baterias, não tem carregador”.

Paulo Roberto Kurka, pesquisa dor do Departamento de Sistemas Integrados da Faculdade de Enge nharia Mecânica da Universida de Estadual de Campinas (Uni camp), aponta limitações da na vegação apoiada em elementos ex ternos ao robô, algo que não pro porciona total autonomia por exi gir comunicação remota constante durante o cumprimento da missão. Ferramentas que apresentam es sa limitação são o GPS, que, além disso, não é operacional em am bientes fechados e cânions urbanos. Outra abordagem que Kurka con firma pode ser substituída pela navegação testada em Delft é a aplicação de antenas transmis soras fixas no ambiente de nave gação (beacons), alternativa uti lizada em automação industrial para rastreamento de produtos e controle de estoque. (KS)