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A fauna robótica que promete resolver os problemas humanos

Inspirados em animais, cientistas criam robôs para desempenhar atividades complexas, como auxiliar cirurgias em humanos


Em sua mais recente viagem à Bolívia em agosto, o chanceler mexicano Marcelo Ebrard dirigiu um veículo elétrico da marca Quantum fabricado na nação andina pelas ruas de La Paz. A exposição deveria anunciar que, a partir de 2023, o carro será fabricado em “escala” em seu país graças à parceria entre a empresa boliviana e a Mexican Industrial Power. “Será o veículo elétrico mais barato do nosso país. Parabéns!!”, escreveu em sua conta no Twitter. O chefe de Relações Exteriores destacou que o setor de veículos elétricos terá um crescimento “exponencial”, já que as normas mexicanas estabelecem que até 2030 grande parte de sua frota de veículos deve ser elétrica .


Os dispositivos robóticos estão presentes no cotidiano e, dentro das casas, atuam em múltiplas funções: como aspiradores de pó, assistentes virtuais, reprodutores de multimídia, entre outras. Mas e se o seu animal de estimação estiver inspirando a construção de robôs que poderão desempenhar papéis muito mais complexos? A pergunta soa estranha à primeira vista, mas a inteligência artificial e outros avanços tecnológicos podem torná-la realidade. Resultados recentes de projetos em andamento indicam isso.


Cientistas da Alemanha desenvolveram um cachorro robótico que aprendeu a caminhar em apenas uma hora graças a um mecanismo que se assemelha à coluna espinhal de alguns animais. Já pesquisadores da China fabricaram pequenos robôs em forma de peixe que limpam o plástico do oceano. Há, ainda, um microscópico caranguejo criado por uma equipe americana que, controlado de modo remoto, tem potencial para destruir células cancerígenas.



Filipe Tôrres, doutorando em engenharia elétrica na Universidade de Brasília (UnB) e membro do Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE), diz que a produção de animais robóticos é uma tendência, e que a expectativa é de que surjam soluções ainda mais diversas principalmente na área médica. "Os robôs animais podem participar em terapias, como 'cães e gatos' terapêuticos, e até mesmo em abordagens invasivas de alta complexidade. Por exemplo, nadadores para nanotecnologias", lista.

É justamente o que está sendo desenvolvido por engenheiros da Universidade de Northwestern, nos Estados Unidos, que se dedicam ao que chamam de a menor estrutura robótica de todos os tempos. A solução inovadora foi projetada com a forma de um caranguejo da espécie Cancer irroratus, comum em territórios da costa leste da América do Norte. "Esses microrrobôs poderão atuar como assistentes cirúrgicos para limpar artérias entupidas, estancar hemorragias internas ou eliminar tumores cancerígenos. Tudo em procedimentos minimamente invasivos", exemplifica John A. Rogers, especialista em nanotecnologia e líder do projeto.


Para chegar ao tamanho reduzido, a equipe, primeiro, fabricou protótipos das estruturas de caranguejo em figuras geométricas planas. Em seguida, ligou esses moldes a um substrato de borracha levemente distendido. Quando o substrato distendido é relaxado, ocorre um processo de encurvadura controlada, fazendo com que o caranguejo tome formas tridimensionais bem definidas. Dessa forma, o minúsculo robô pode se movimentar por meio da sua capacidade elástica.


Por meio desse método, o grupo conseguiu projetar dispositivos de diferentes formas e tamanhos. No entanto, a dúvida é: Por que caranguejos? "Com essas técnicas de montagem e conceitos de materiais, podemos construir robôs ambulantes com quase todos os tamanhos ou as formas 3D", respondeu Rogers. "Mas os alunos se sentiram inspirados e se divertiram com os movimentos laterais dos pequenos caranguejos. Foi um capricho criativo", brincou o pesquisador.


A equipe também construiu minirrobôs inspirados em minhocas, grilos e besouros. Detalhes do trabalho foram apresentados na revista Science Robotics. O próximo passo é inserir marcadores digitais nos protótipos para aferir diversos parâmetros. "Por exemplo, biomarcadores de saúde e capacitores de comunicação sem fios para transmitir a informação gerada a um computador", indica Rogers.


O especialista prevê que esses dispositivos passarão a agir cada vez mais com autonomia. "Os seres humanos controlam os movimentos dos robôs tal como são atualmente concebidos. No futuro, gostaríamos de lhes permitir que se movam por si próprios, tomem decisões e executem tarefas".


Aprendendo a andar


Um cão-robô apresentado por cientistas do Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes (MPI-IS), na Alemanha, demonstra ter potencial para tamanha autonomia. Apelidado de Morti, ele aprendeu a andar em menos de uma hora. A façanha se deu graças à mecânica idêntica aos pés de um animal quadrúpede, aliada à inteligência artificial, o que o permitiu receber reflexos e, dessa forma, se orientar para adaptar os movimentos com eficácia.


O algoritmo trabalha de forma análoga ao geradores de padrão central (GPCs), redes de neurônios interligados presentes na medula espinhal e responsáveis pela geração de padrões rítmicos. Esses parâmetros vão possibilitar exercer atividades que exigem coordenação motora, como correr, caminhar e piscar. Em humanos e na maioria dos animais recém-nascidos, os GPCs não estão totalmente refinados, de modo que eles caem com frequência ou nem conseguem se locomover.



Entretanto, a cada tropeço, a medula espinhal envia reflexos aos músculos, e eles são assimilados como aprendizado para os próximos movimentos. É o que aconteceu com Morti: "O computador produz sinais que controlam os motores das pernas, e o robô, inicialmente, caminha e tropeça. Os dados fluem dos sensores para a medula espinhal virtual, onde são comparados com os do GPG, que são o padrão. Se não corresponderem com o esperado, o algoritmo de aprendizado altera o comportamento da caminhada até que o robô ande bem e sem tropeçar", explica, em nota, Felix Ruppert, ex-aluno de doutorado do MPI-IS e um dos criadores da solução tecnológica, apresentada na revista Nature.do robô, no lugar da cabeça. Nas patas, há sensores que fazem a captação dos dados. O computador responsável por gerir Morti, que tem o tamanho de um labrador, consome cinco watts de energia durante a caminhada, bem abaixo do consumido por outros dispositivos do tipo. A intenção do grupo é que o experimento ajude na compreensão de como bípedes e quadrúpedes se locomovem.

Essas informações ajudariam, por exemplo, na criação de próteses inteligentes ou de técnicas para a recuperação de movimentos. "Sabemos que esses CPGs existem em muitos animais e que os reflexos estão embutidos. Mas como podemos combinar ambos para que os animais aprendam movimentos com reflexos e CPGs? O modelo robótico nos dá respostas a questões que a biologia sozinha não pode responder", afirma Alexander Badri-Spröwitz, coautor do estudo.