As duas versões estão alinhadas bloco a bloco, pela ordem do texto: título, o essencial e depois parágrafo a parágrafo. Quando a tradução fundiu ou dividiu um parágrafo, a casa correspondente fica vazia — nunca aproximamos duas passagens a olho.
Remember the “dancing pencils” trick from school, where two pencils pass through a rubber band, get twisted, and then leap apart when released? Researchers at UCLA and the University of Michigan have turned a version of that stored-tension idea into a frog-like robot that hops over grass, sand and small steps. Its limbs are not pushed slowly by a motor. They are loaded with energy and then let go in a single snap.
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.
For a machine this small, the obstacles are everyday things. Grass, uneven ground, tiny puddles and loose objects can each stop a robot barely taller than they are. A jump gets it over them, but it needs a strong push delivered very quickly, and the small motors that power tiny robots deliver steady, continuous motion, not bursts. Springs can bridge that gap: a motor loads them slowly, then they release the energy at once. Snapping beams have also been tried, but in a three-dimensional structure they can flip violently or bend gradually, depending on their shape and how they are loaded.
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.
The team's approach was to find out exactly what separates a sharp snap from a slow bend. They first used computer models to predict how elastic rods respond to combinations of bending and twisting, then used a robotic arm to test those predictions on physical rods. This mapped the conditions that produce a clean snap, and the robot's limbs were designed from that map. Each limb is a straight rod bent into a helix, fixed at one end and turned at the other by a small servo motor. Once the rod's current shape becomes unstable, it flips into another configuration, pushing against the ground. The motor then resets the limb, much of it while the robot is in the air. The team also had to balance force against recovery: some shapes released more energy but needed larger motor rotations between jumps, and the chosen design gives a strong push and a quick enough reset for repeated hops.
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.
In the study published in Science Advances, the team built an 11 cm (4.3 in), 98.2 g (3.5 oz) robot with two snapping rear limbs and compared it with an identical-power version fitted with rigid legs. The snapping robot was faster on every surface, reaching 3.21 body lengths per second on wood and averaging 2.46 body lengths per second across all six surfaces, against 0.79 for the rigid-legged version. The gap was widest on cloth and grass, where the rigid-legged robot nearly stalled. The prototype also climbed small steps, did repeated backflips, and, with thin flexible fins, swam at about half a body length per second and steered around obstacles, including in wind. For now it remains a research prototype: its steering was shown with remote guidance through a sandbox of rocks and with light sensors, and the team has measured its speed only against its own rigid-legged twin.
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.
For inspection teams and search-and-rescue crews working in debris-heavy sites, a robot that leaps over rubble rather than getting stuck could matter, and one that can also paddle through water with the same limbs widens where it can go. The researchers see a second benefit beyond navigation: the mechanics do part of the work that would otherwise need a larger motor or more complex control. Huang, one of the researchers, suggests the idea could fit a fast-closing robotic gripper. Those uses are not yet demonstrated, and they depend on the robot first proving itself against other small robots, which the study has not yet done.
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.