Pesquisadores da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, construíram um exército de robôs que se comporta como uma colônia de insetos. São mais de mil dispositivos pouco maiores que uma moeda e que deslizam como uma grande massa eletrônica para se organizar em diferentes formas pré-programadas. Os kilobots, como são chamados, são um importante passo para o desenvolvimento de máquinas que trabalham em grupo para cumprir diferentes tarefas sem a intervenção de um humano.
A robótica de enxame é uma área de pesquisa testada por engenheiros desde aos anos 1980 para o desenvolvimento de sistemas robustos. No entanto, até então poucos trabalhos conseguiram coordenar mais do que uma centena de equipamentos em uma mesma tarefa. Os robôs de Harvard também já haviam sido apresentados ao público há três anos, quando os pesquisadores colocaram 25 dessas máquinas para andar em conjunto. Desta vez, o pesquisador Michael Rubenstein e sua equipe foram capazes de programar 1.024 robôs para se unir em todo tipo de configuração, seja a forma de uma letra ou de ícones mais complexos, como uma estrela.
A programação das máquinas permite que elas se movam de forma dinâmica, adaptando-se a imprevistos. Os robôs foram programados com um algoritmo pelo qual eles se localizam, seguem uns aos outros e se organizam de forma fluida.
As máquinas perfeccionistas continuam esse trabalho indefinidamente, sempre tentando criar uma formação idêntica à que foram programadas para construir. “Inicialmente, o algoritmo não funcionou como planejávamos, então tivemos de nos concentrar para melhorá-lo e obter os resultados que queríamos”, revela Michael Rubenstein. O mesmo programa poderia ser usado, de acordo com o pesquisador, para controlar um exército muito maior de robôs, mas, nesse caso, a tendência seria que os enxames mecânicos se tornassem muito lentos.
Os kilobots são equipados com simples motores de vibração que limitam o deslocamento a superfícies lisas. Eles usam luzes infravermelhas para se comunicar com os outros, mas só conseguem manter contato com dispositivos que estejam a um diâmetro de 10cm. “O hardware e o software foram um desafio, e as escolhas de um impactavam no outro. Queríamos que o hardware fosse de baixo custo, o que torna o robô simples. Mas, para o algoritmo, nós queríamos que os robôs fossem realmente capazes (das tarefas), o que os tornou caros. Tivemos de encontrar um equilíbrio entre as duas coisas”, compara Rubenstein.
Descentralizado
Para se orientar mesmo com um hardware tão limitado, os insetos automatizados usam um sistema coordenado. Alguns robôs assumem a posição de núcleos e se movem para o que seria o centro da formação. Seus vizinhos passam a se identificar como unidades de grau um, enquanto os dispositivos que os cercam tornam-se robôs de grau 2. O trabalho em camadas continua até que as últimas máquinas chegam à extremidade da formação. Ao colocar os kilobots para gerar uma mesma forma várias vezes, os pesquisadores notaram que o resultado era bastante constante, mesmo que os dispositivos sempre cumprissem a tarefa de uma forma diferente.
A inspiração para o projeto são abelhas e formigas, bichos que conseguem trabalhar com centenas de companheiros sem ordens diretas de um líder. “O sistema é descentralizado, ele está em todos, mas não está em nenhum lugar específico”, ressalta Eduardo do Valle Simões, professor do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo (ICMC-USP). “Não tem uma máquina com maior capacidade de computação controlando todos os robôs, então o algoritmo tem de ser bastante simples para rodar em um processador bastante limitado. Isso não é fácil de fazer”, aponta o brasileiro, especializado em robótica bioinspirada.
A dinâmica colaborativa torna o sistema mais robusto e eficiente que uma única máquina. Enquanto um robô comum se tornaria inútil se danificado durante uma tarefa, um grupo de milhares de pequenos dispositivos continuaria funcionando, mesmo se alguns dos integrantes parassem de funcionar. O modelo poderá ter utilidade em missões como combates militares ou no resgate de pessoas em ambientes de difícil acesso.
“O grande desafio é fazer com que esses robôs sejam economicamente viáveis, porque o custo deles é alto”, ressalta Marco Antonio Meggiolaro, coordenador da equipe de robôs RioBotz, da PUC-Rio. “Tem mais de 30 anos de algoritmos para simulações e robôs reais, mas o maior desafio é o hardware. Ainda há muito para avançar nessa área para que se chegue a uma aplicação economicamente viável e com resultado confiável”, acredita o professor.
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