Pesquisadores em robótica da Universidade Duke, no estado da Carolina do Norte, nos Estados Unidos, desenvolveram o Argus, um robô sem frente nem traseira, equipado com 20 "olhos", como demonstração prática de um novo princípio de design chamado simetria dinâmica.
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A simetria está presente em toda a natureza, desde a forma bilateral dos vertebrados até a geometria radial das estrelas-do-mar. Durante décadas, especialistas em robótica tentaram reproduzir essas estruturas e capacidades naturais criando máquinas inspiradas em humanos, cães e insetos.
No entanto, os pesquisadores defendem que o mais importante não é a aparência do robô, mas sua capacidade de se mover de maneira uniforme em qualquer direção do espaço. Guiada por esse conceito, a equipe simulou mais de 1.500 configurações robóticas até alcançar um projeto próximo do máximo teórico de desempenho.
Diretor da ABB Robotics, em São Paulo, Rodrigo Bueno explica: "Isso muda também a forma como a indústria projeta e avalia robôs. O desempenho deixa de ser medido apenas pelo que a máquina consegue fazer em condições ideais e passa a considerar como ela se comporta diante de variações reais do ambiente. A tendência é que robôs industriais, colaborativos e móveis sejam cada vez mais avaliados pela combinação entre precisão física, capacidade de percepção, tomada de decisão segura e flexibilidade operacional".
O resultado foi o Argus, um robô sem frente ou traseira composto por 20 pernas modulares e telescópicas, que se irradiam de um núcleo central. Cada uma possui uma câmera de profundidade em sua extremidade, fazendo com que o robô se assemelhe a um ouriço-do-mar.
Segundo o pesquisador principal da Universidade de Duke, Boyuan Chen, a propriedade mais profunda, presente em tudo, desde vírus até estrelas-do-mar e na disposição helicoidal das sementes de girassol, é a simetria. "A simetria organiza a maneira como os seres vivos percebem, se movem e respondem a perturbações." Ele continua: "Queríamos fazer uma pergunta diferente: o que acontece quando copiamos o princípio em vez da silhueta? Essa pergunta nos levou à simetria dinâmica — a ideia de que um robô deve ser capaz de se impulsionar com a mesma eficiência em qualquer direção. O Argus é o resultado desse princípio levado ao limite".
Além das fronteiras
A nova tecnologia é capaz de atravessar florestas, superfícies molhadas e terrenos arenosos com facilidade. O robô também consegue se estabilizar rapidamente após impactos, reorientar-se instantaneamente em qualquer direção, subir verticalmente entre paredes próximas e até carregar ou empurrar cargas em espaços confinados.
Uma das capacidades mais inovadoras do Argus está justamente em seu princípio de design. À medida em que a simetria dinâmica se aproxima do limite teórico, o desempenho melhora em praticamente todos os aspectos fundamentais da robótica, incluindo rastreamento de trajetória, robustez, eficiência energética, resistência a danos e desempenho em terrenos difíceis. O princípio também funciona como um padrão unificado que pode ser aplicado a plataformas robóticas já existentes.
O nome do robô foi inspirado em Argos Panoptes, o sentinela onisciente da mitologia grega. O Argus combina atuação corporal completa com percepção corporal completa. Suas pernas telescópicas equipadas com câmeras estão distribuídas nos vértices de um dodecaedro regular, uma forma tridimensional composta por 12 faces pentagonais. Essa configuração produz uma distribuição quase perfeitamente uniforme de aceleração instantânea e um campo de visão praticamente homogêneo em todas as direções.
No centro das capacidades do Argus está o conceito matemático de isotropia dinâmica, um índice que varia de 0 a 1 e mede a uniformidade com que um robô consegue acelerar seu centro de massa em qualquer direção. Robôs convencionais, como quadrúpedes de última geração, humanoides e drones tradicionais, geralmente pontuam abaixo de 0,6. Já o Argus alcança aproximadamente 0,91, muito próximo do limite teórico.
O pesquisador também destaca possíveis aplicações futuras da tecnologia: "A primeira aplicação está na resposta a desastres e inspeções em ambientes colapsados, desordenados e imprevisíveis. São locais onde um robô pode tombar, ser empurrado ou perder membros — e, nesses casos, não ter uma orientação preferencial é exatamente a característica desejada".
A segunda aplicação, segundo ele, é na exploração planetária e em ambientes de baixa gravidade. A terceira envolve inspeções em espaços confinados e não estruturados, como tubulações, minas, instalações industriais e ambientes agrícolas. O ponto em comum entre esses cenários é que o ambiente não se comporta da mesma forma que no laboratório.
Em simulações, a equipe demonstrou que, conforme a simetria dinâmica se aproxima do limite teórico, o desempenho do robô melhora significativamente em praticamente todos os aspectos essenciais da robótica. Isso inclui maior robustez, eficiência, resistência a danos e sucesso em terrenos complexos.
O Argus demonstrou uma ampla gama de habilidades aprendidas apenas em simulações, como rolar sobre concreto, grama, folhagem, areia fofa, superfícies molhadas e cascas de árvores; adaptar-se a danos, continuando a se mover mesmo com três patas quebradas; além de acompanhar e empurrar um cubo de três pés enquanto rola continuamente.
Rodrigo Bueno destaca as implicações para a indústria: "A transição entre laboratório e indústria depende de um ecossistema. Universidades, centros de pesquisa, fabricantes, integradores, empresas usuárias e organismos normativos precisam atuar de forma coordenada. A inovação em robótica não termina quando o protótipo funciona; ela se consolida quando a tecnologia consegue operar com segurança, confiabilidade e escala em situações reais".
A tecnologia faz parte da missão de longo prazo do Laboratório de Robótica Geral de Boyuan Chen, que busca desenvolver a chamada "Robótica de Descoberta": máquinas capazes de aprender, agir e colaborar enquanto descobrem como o mundo funciona. Diferentemente de grande parte das pesquisas atuais, focadas em tarefas pré-programadas, o grupo projeta robôs como instrumentos de descoberta científica, capazes de revelar novos princípios sobre inteligência, movimento e adaptação.
Duas perguntas para
Rodrigo Bueno, diretor da ABB Robotics
Na visão da indústria, qual é o papel da inspiração em princípios da natureza no desenvolvimento de novas gerações de robôs?
“A robótica bioinspirada é uma frente relevante de pesquisa e inovação, especialmente no ambiente acadêmico e em centros de desenvolvimento tecnológico. Mais do que reproduzir mecanismos da natureza, o avanço da robótica industrial está na capacidade de combinar automação, sensores, visão computacional, inteligência artificial, simulação e controle avançado para desenvolver sistemas cada vez mais flexíveis, inteligentes e adaptáveis.”
Quais são os principais desafios técnicos, econômicos e regulatórios para transformar conceitos avançados de robótica desenvolvidos em ambiente de pesquisa em soluções industriais seguras, escaláveis e comercialmente viáveis?
“O primeiro desafio é técnico. Um protótipo de pesquisa normalmente demonstra uma capacidade específica; uma solução industrial precisa operar de forma contínua, previsível e segura. Isso exige testes em diferentes condições, confiabilidade dos componentes, integração com sensores e softwares, manutenção planejada, segurança funcional e capacidade de resposta a situações inesperadas. O segundo desafio é econômico. Para chegar ao mercado, uma tecnologia precisa demonstrar que pode ser fabricada, instalada, operada e mantida em escala.O terceiro desafio é regulatório e de segurança. Quanto maior a autonomia e a interação com ambientes não estruturados, maior a importância de validação, rastreabilidade, cibersegurança, limites de operação bem definidos e conformidade com normas aplicáveis.”
*Estagiária sobre a supervisão de Marcelo Abreu