Andar sobre múltiplas pernas pode ser muito mais fácil do que se pensava

Andar sobre múltiplas pernas pode ser muito mais fácil do que se pensava

A física da caminhada para animais e robôs com múltiplas pernas é mais simples do que se pensava anteriormente. Essa é a descoberta descrita por uma equipe de roboticistas, físicos e biólogos em um artigo intitulado “Caminhar é como deslizar: uma visão unificadora da locomoção baseada em dados”, publicado na edição de 5 de setembro da revista Proceedings of the National Academy of Sciences. “

Isto é importante porque permitirá aos roboticistas construir modelos muito mais simples para descrever como os robôs andam e se movem pelo mundo.”

Nick Gravish, coautor do artigo, membro do corpo docente do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade da Califórnia em San Diego

Os pesquisadores já haviam estudado o caminhar das formigas e queriam ver como suas descobertas poderiam ser aplicadas aos robôs. Eles descobriram uma nova relação matemática entre andar, pular, deslizar e nadar em fluidos viscosos para animais e bots com múltiplas pernas.

A equipe estudou várias colônias de formigas argentinas na UC San Diego e dois tipos diferentes de robôs com múltiplas pernas na Universidade de Michigan.

"As formigas argentinas são muito fáceis de estudar em laboratório", disse a coautora do artigo Glenna Clifton, professora da Universidade de Portland que liderou a maior parte da pesquisa sobre formigas quando era pós-doutoranda no laboratório de Gravish na UC San Diego.

As formigas argentinas são boas caminhantes, capazes de percorrer longas distâncias em diversos terrenos. Essas formigas também se adaptam facilmente aos ambientes de laboratório e reconstroem suas colônias rapidamente. Os pesquisadores podem então motivá-los a caminhar, colocando alimentos em locais específicos. “Essas formigas criarão caminhos de alimentação e os seguirão”, disse Clifton. “Eles se recuperam rapidamente e não guardam rancor.”

Para estudar esses diferentes animais e robôs, os pesquisadores usaram um algoritmo desenvolvido pelo grupo de pesquisa de Shai Revzen, na Universidade de Michigan, que converte movimentos corporais complexos em formas. “Este algoritmo nos permite estabelecer uma relação simples entre sua postura e seu próximo movimento”, disse Gravish.

Os pesquisadores descobriram que os mesmos algoritmos poderiam ser aplicados às formigas e aos dois tipos diferentes de robôs do estudo, embora a extensão do escorregamento durante a caminhada fosse muito diferente. As formigas argentinas também não escorregam muito quando andam – apenas 4,7% do movimento total. Em contraste, esta percentagem de escorregamento é de 12% a 22% para o robô BigANT de seis pernas e de 40% a 100% para os robôs Multipod de seis a 12 pernas do estudo, que por vezes rastejam.

Ao usar este modelo, os pesquisadores podem prever para onde o inseto ou robô se moverá em seguida, simplesmente com base na postura – ou forma – que adotam. “Isso fornece um modelo de localização universal que se aplica sempre que o movimento é dominado pelo atrito com o meio ambiente”, escrevem os pesquisadores.

A matemática que os pesquisadores usaram não é nova. Mas entendia-se que a matemática se aplicava apenas a deslizar e nadar em fluidos viscosos. A equipe mostrou que as mesmas equações se aplicam à caminhada com múltiplas pernas, independentemente de os caminhantes escorregarem ou não. Além disso, as mesmas regras se aplicam desde insetos de tamanho milimétrico, como formigas, até robôs de tamanho metro. Uma versão inicial do título do artigo era “Walking Like a Worm”.

“A universalidade desta abordagem pode ter aplicações no design de robôs e no planejamento de movimento, e fornece informações sobre a evolução e o controle da locomoção das pernas”, escrevem os pesquisadores.

Os investigadores acreditam que estes princípios universais podem ter implicações na compreensão de transições evolutivas importantes, como da natação para a caminhada. Como caminhar, mesmo que envolva escorregar, segue os mesmos princípios gerais de controle da natação viscosa, os primeiros animais terrestres podem já ter tido os circuitos neurais necessários para a locomoção em terra.

Os pesquisadores não estudaram criaturas bípedes, mas o modelo se aplicaria a elas desde que se movessem lentamente; ter os dois pés no chão ao mesmo tempo; e não caia. (Imagine Michael Jackson caminhando na lua.)

A equipe ainda precisa fazer alguns ajustes, por exemplo, para entender qual o papel que as forças de atrito desempenham no modelo.

“De qualquer forma, caminhar pode ser muito mais fácil do que normalmente pensamos”, disse Gravish.

Fonte:

Universidade da Califórnia, San Diego

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