Robô-rã salta com hastes elásticas e supera pernas rígidas

Lembra-se do truque dos «dancing pencils» da escola, em que dois lápis atravessam um elástico, são torcidos e depois se afastam de um salto quando são libertados? Investigadores da UCLA e da Universidade de Michigan transformaram uma versão dessa ideia de tensão armazenada num robô em forma de rã que salta sobre relva, areia e pequenos degraus. As suas patas não são empurradas lentamente por um motor. São carregadas com energia e depois libertadas num único estalo.

Para uma máquina tão pequena, os obstáculos são coisas do quotidiano. Relva, terreno irregular, pequenas poças e objetos soltos podem imobilizar um robô pouco mais alto do que eles. Um salto permite ultrapassá-los, mas exige um impulso forte e muito rápido, e os pequenos motores que alimentam os robôs minúsculos fornecem um movimento constante e contínuo, não explosões. As molas podem colmatar essa lacuna: um motor carrega-as lentamente e depois elas libertam a energia de uma só vez. Também já se experimentaram vigas que estalam, mas numa estrutura tridimensional podem inverter-se violentamente ou dobrar-se gradualmente, consoante a sua forma e a forma como são carregadas.

A abordagem da equipa consistiu em descobrir exatamente o que separa um estalo brusco de uma flexão lenta. Começaram por usar modelos computacionais para prever a forma como as hastes elásticas reagem a combinações de flexão e torção e, depois, usaram um braço robótico para testar essas previsões em hastes físicas. Isto permitiu mapear as condições que produzem um estalo limpo, e as patas do robô foram concebidas a partir desse mapa. Cada pata é uma haste reta dobrada em hélice, fixa numa extremidade e rodada na outra por um pequeno servomotor. Quando a forma atual da haste se torna instável, esta passa para outra configuração, empurrando contra o solo. O motor volta então a preparar a pata, em grande parte enquanto o robô está no ar. A equipa teve também de equilibrar força e recuperação: algumas formas libertavam mais energia, mas exigiam rotações maiores do motor entre saltos, e o desenho escolhido oferece um impulso forte e uma recuperação suficientemente rápida para saltos repetidos.

No estudo publicado na Science Advances, a equipa construiu um robô com 11 cm (4,3 in) e 98,2 g (3,5 oz), com duas patas traseiras que estalam, e comparou-o com uma versão de potência idêntica equipada com pernas rígidas. O robô de estalo foi mais rápido em todas as superfícies, atingindo 3,21 comprimentos de corpo por segundo na madeira e uma média de 2,46 comprimentos de corpo por segundo nas seis superfícies, contra 0,79 para a versão de pernas rígidas. A diferença foi maior no tecido e na relva, onde o robô de pernas rígidas quase parou. O protótipo também subiu pequenos degraus, executou sucessivos mortais para trás e, com barbatanas finas e flexíveis, nadou a cerca de meio comprimento de corpo por segundo e contornou obstáculos, inclusive com vento. Por enquanto, continua a ser um protótipo de investigação: a sua direção foi demonstrada com orientação à distância numa caixa de areia com pedras e com sensores de luz, e a equipa só mediu a velocidade em comparação com o seu próprio gémeo de pernas rígidas.

Para equipas de inspeção e de busca e salvamento que trabalham em locais cheios de escombros, um robô que salta por cima dos destroços em vez de ficar preso pode ser importante, e um robô que consegue também atravessar água com as mesmas patas amplia os locais onde pode chegar. Os investigadores vislumbram um segundo benefício para além da navegação: a mecânica faz parte do trabalho que, de outra forma, exigiria um motor maior ou um controlo mais complexo. Huang, um dos investigadores, sugere que a ideia poderia adaptar-se a uma pinça robótica de fecho rápido. Estas utilizações ainda não foram demonstradas e dependem de o robô provar primeiro o seu valor face a outros pequenos robôs, o que o estudo ainda não fez.