Robôs portáteis

Os braços robóticos são relativamente fáceis de se programar e construir porque operam em uma área confinada. Mas as coisas se tornam mais complicadas quando você quer enviar um robô para outro lugar do mundo.

Foto cedida pela NASA O robô FIDO (em inglês), da NASA, foi projetado para explorar Marte

O primeiro obstáculo é dar ao robô um sistema de locomoção que funcione. Se o robô vai se mover em um terreno plano, rodas e esteiras são a melhor opção, que também podem funcionar bem em terreno acidentado se forem grandes o suficiente. Mas os designers de robô preferem as pernas, porque elas se adaptam melhor. Construir robôs com pernas também ajuda os pesquisadores a entender a locomoção natural. É um ótimo exercício de pesquisa biológica.

Foto cedida por Fujitsu e K&D Technology, Inc. Robô HOAP-1 da Fujitsu

Geralmente os pistões hidráulicos ou pneumáticos movem as pernas do robô para frente e para trás. Os pistões se acoplam a segmentos da perna da mesma forma que os músculos aos ossos. Fazer estes pistões trabalharem direito é bastante complicado. Quando você é um bebê, seu cérebro precisa descobrir a combinação exata de contrações musculares para você poder andar sem cair para frente, por isso, um designer de robô precisa descobrir a combinação certa de movimentos do pistão envolvidos no ato de andar - e programar essa informação no computador do robô. Muitos robôs móveis têm um sistema de equilíbrio embutido (uma série de giroscópios, por exemplo), que diz ao computador quando ele precisa corrigir seus movimentos.

Foto cedida pela NASA O Frogbot da NASA utiliza molas, articulações e motores para pular de um lugar para o outro

A locomoção bípede é muito instável, por isso é difícil implementá-la nos robôs. Para criar robôs estáveis, os designers observam o mundo animal, pricipalmente os insetos. Os insetos de seis patas têm um equilíbrio excepcional e se adaptam bem a muitos terrenos.

Alguns robôs são controlados remotamente: uma pessoa diz o que eles têm que fazer e eles fazem. O controle remoto pode se comunicar com o robô através de um fio conectado, utilizando sinais de rádio ou infravermelho. Os robôs controlados remotamente, também chamados de robôs marionetes (puppet robots), são usados na exploração de ambientes perigosos e inacessíveis, como o fundo do mar ou o interior de um vulcão. Alguns robôs são parcialmente controlados remotamente. Por exemplo, o operador pode mandar o robô ir para um certo lugar, mas não o guia até lá. O robô tem que achar seu próprio caminho.

Para que servem? Os robôs móveis têm várias utilidades para o homem. Alguns exploram outros planetas ou áreas inóspitas da Terra para coletar amostras geológicas. Outros procuram minas terrestres em antigos campos de batalha. Às vezes a polícia usa robôs móveis para procurar uma bomba ou até mesmo prender um suspeito. Foto cedida por NASA JPL O Urbie pode explorar áreas perigosas para os humanos Os robôs móveis também podem ser utilizados em aplicações caseiras e negócios. Os hospitais podem usar robôs para transportar medicamentos e alguns museus usam robôs para patrulhar as galerias durante a noite, monitorar a qualidade do ar e o nível de umidade. Algumas empresas desenvolveram robôs que passam aspirador de pó.

Os robôs autônomos podem agir por vontade própria. A idéia básica é programar o robô para responder a um certo tipo de estímulo externo. O simples robô bate-e-volta é um bom exemplo de como isso funciona.

Esse tipo de robô tem um sensor que detecta os obstáculos. Quando você liga o robô, ele começa a andar em linha reta. Ao atingir um obstáculo, o impacto empurra o sensor. O programa do robô diz para ele voltar, virar para esquerda ou para a direita ou se mover para frente de novo em resposta a cada obstáculo. Desta maneira, o robô muda de direção sempre que encontra um obstáculo.

Foto cedida pela NASA O robô autônomo Urbie (em inglês) foi projetado para realizar várias operações urbanas, incluindo reconhecimento militar e operações de resgate

Os robôs mais avançados usam versões elaboradas desta mesma idéia. Os roboticistas criam novos programas e sistemas de sensor para tornar o robô mais esperto e perceptivo. Hoje os robôs podem se locomover em uma grande variedade de ambientes.

Os robôs mais simples utilizam sensores infravermelhos ou ultrasom para ver os obstáculos. Esses sensores funcionam da mesma maneira que a ecolocalização animal: o robô envia um sinal sonoro ou um feixe de luz infravermelha, detecta a reflexão do sinal e o robô calcula a distância até os obstáculos baseado no tempo que o sinal leva para voltar.

Visão do Urbie

Os robôs mais avançados utilizam estereoscopia para ver o mundo. Duas câmeras dão ao robô a percepção de profundidade e um software de reconhecimento pode localizar e classificar diversos objetos. Os robôs também podem usar microfones e sensores de cheiro para analisar o mundo que os cerca.

Alguns robôs autônomos só podem trabalhar em um ambiente familiar e restrito. Os robôs que cortam grama, por exemplo, precisam de marcas cavadas para definir os limites do jardim. Um robô que faz limpeza de um escritório precisa de um mapa do prédio para poder se mover.

Os robôs mais avançados podem analisar e se adaptar a ambientes não-familiares, até mesmo áreas com terreno acidentado. Estes robôs podem associar ações a certos tipos de terreno. Um robô veicular, por exemplo, pode construir um mapa do terreno em que ele se encontra por meio dos sensores visuais. Se o mapa mostrar um terreno muito acidentado, o robô sabe que precisa seguir outro caminho. Este tipo de sistema é muito útil em robôs exploradores que operam em outros planetas (veja JPL Robotics (em inglês) para aprender mais).

Uma outra alternativa, menos estruturada, é a de aleatoriedade. Quando este tipo de robô fica preso, ele se move para qualquer lugar até que alguma coisa funcione. Os sensores trabalham em conjunto com os atuadores, em vez do computador dirigir tudo baseado em um programa. É mais ou menos parecido com uma formiga quando atinge um obstáculo: ela não parece tomar uma decisão, simplesmente tenta qualquer coisa até dar certo.

Robôs caseiros
Nas duas últimas seções, vimos os campos mais importantes do mundo dos robôs: robôs industriais e robôs de pesquisa. Os profissionais dessas áreas fizeram grandes avanços na robótica, mas não foram os únicos. Durante décadas, um grupo pequeno, porém apaixonado, criou robôs em garagens e porões de todo o mundo.

Os robôs caseiros são uma subcultura que se expande na Internet. Os roboticistas amadores criam os seus robôs com kits comerciais, componentes comprados pelo correio, brinquedos e até mesmo videocassetes.

Os robôs caseiros são tão variados quanto os robôs profissionais. Alguns roboticistas de fim de semana criam elaboradas máquinas que andam, desenvolvem criados robóticos ou então robôs de competição. O tipo mais comum de robôs competitivos são os lutadores de controle remoto que você vê em "BattleBots". Essas máquinas não são consideradas "robôs reais" porque não têm um cérebro computadorizado reprogramável. Elas são basicamente carros de controle remoto sofisticados.

Os robôs de competição mais avançados são controlados por computador. Existem robôs que jogam futebol sem nenhuma intervenção humana. Um time de futebol robótico é formado por vários robôs individuais e um computador central que "vê" o campo inteiro com uma câmera de vídeo e identifica o seu próprio time, o time oponente, a bola e o gol através das cores. O computador processa essa informação a cada segundo e decide como guiar o seu próprio time.

Adaptável e universal
A revolução do computador pessoal foi marcado por uma extraordinária adaptabilidade. Padronização de hardware e linguagens de programação permitem que engenheiros de computação e programadores amadores moldem os computadores para seus propósitos particulares. Os componentes de computadores são como material de arte: podem ser usados de várias maneiras.

Até hoje, muitos robôs foram apenas eletrodomésticos de cozinha. Os roboticistas os constroem para suprir necessidades específicas. Eles não se adaptam muito bem a novas aplicações.

A situação pode estar mudando. Uma empresa chamada Evolution Robotics (em inglês) é pioneira no segmento de hardware e software robóticos adaptáveis. A empresa espera inaugurar um novo nicho de mercado criando "kits de desenvolvimento de robôs" fáceis de se utilizar.

Os kits vêm com uma plataforma de software aberto que contém uma vasta gama de funções robóticas comuns. Por exemplo, os roboticistas podem facilmente dar às suas criações a habilidade de seguir um alvo, escutar comandos de voz ou superar obstáculos. Nenhuma destas capacidades são revolucionárias do ponto de vista tecnológico, mas o fato de encontrá-las em um único pacote é bastante incomum.

Os kits também vêm com um hardware de robô que se conecta facilmente com o software. O kit padrão tem sensores infravermelhos, motores, um microfone e uma câmera de vídeo. Os roboticistas colocaram todas essas peças juntas a um conjunto eretor, constituído por uma coleção de peças de alumínio e rodas.

Esses kits não são a melhor coisa do mundo, claro. E também custam US$ 700 e não são brinquedos baratos, mas são um grande passo em direção a uma nova robótica. Em um futuro próximo, criar um robô para limpar a casa ou cuidar dos animais enquanto você viaja pode ser tão simples quanto escrever um programa em BASIC (em inglês) para controlar as suas despesas.

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