Este mês, os cientistas publicaram imagens raras de um dos tubarões mais evasivos do Ártico. Os resultados demonstram que, mesmo com muitos avanços tecnológicos nos últimos anos, ainda é uma tarefa desafiadora documentar a vida marinha de perto.

Mas os cientistas da computação do MIT acreditam que têm uma solução possível:usar robôs.

Em um jornal hoje, uma equipe do Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial do MIT (CSAIL) revelou "SoFi, "um peixe robótico macio que pode nadar independentemente ao lado de peixes reais no oceano.

Durante os mergulhos de teste no Rainbow Reef em Fiji, SoFi nadou em profundidades de mais de 50 pés por até 40 minutos de uma vez, lidar agilmente com correntes e tirar fotos e vídeos de alta resolução usando (o que mais?) uma lente olho de peixe.

Usando sua cauda ondulante e uma habilidade única de controlar sua própria flutuabilidade, SoFi pode nadar em linha reta, vez, ou mergulhar para cima ou para baixo. A equipe também usou um controlador Super Nintendo impermeabilizado e desenvolveu um sistema de comunicação acústica personalizado que lhes permitiu mudar a velocidade do SoFi e fazer movimentos e curvas específicos.

"Para nosso conhecimento, este é o primeiro peixe robótico que pode nadar sem amarras em três dimensões por longos períodos de tempo, "diz o candidato a Ph.D. do CSAIL, Robert Katzschmann, autor principal do novo artigo de jornal publicado hoje em Ciência Robótica . "Estamos entusiasmados com a possibilidade de sermos capazes de usar um sistema como este para se aproximar da vida marinha do que os humanos conseguem por conta própria."

Katzschmann trabalhou no projeto e escreveu o artigo com a diretora do CSAIL Daniela Rus, o estudante de graduação Joseph DelPreto e o ex-pós-doutorado Robert MacCurdy, que agora é professor assistente da Universidade do Colorado em Boulder.

Como funciona

Os veículos subaquáticos autônomos (AUVs) existentes são tradicionalmente amarrados a barcos ou movidos por hélices volumosas e caras.

Em contraste, SoFi tem uma configuração muito mais simples e leve, com uma única câmera, um motor, e a mesma bateria de polímero de lítio encontrada em smartphones de consumo. Para fazer o robô nadar, o motor bombeia água para duas câmaras semelhantes a balões na cauda do peixe, que funcionam como um conjunto de pistões em um motor. À medida que uma câmara se expande, ele se dobra e flexiona para um lado; quando os atuadores empurram a água para o outro canal, aquele se dobra e flexiona na outra direção.

Essas ações alternadas criam um movimento lateral que imita o movimento de um peixe real. Ao mudar seus padrões de fluxo, o sistema hidráulico permite diferentes manobras de cauda que resultam em uma variedade de velocidades de natação, com uma velocidade média de cerca de meio comprimento do corpo por segundo.

"Os autores mostram uma série de realizações técnicas na fabricação, alimentando, e resistência à água que permite que o robô se mova debaixo d'água sem uma corda, "diz Cecilia Laschi, professor de biorobótica na Escola de Estudos Avançados Sant'Anna de Pisa, Itália. "Um robô como este pode ajudar a explorar o recife mais de perto do que os robôs atuais, tanto porque pode se aproximar com mais segurança para o recife quanto porque pode ser mais bem aceito pelas espécies marinhas. ”

Toda a metade posterior do peixe é feita de borracha de silicone e plástico flexível, e vários componentes são impressos em 3D, incluindo a cabeça, que contém todos os eletrônicos. Para reduzir a chance de vazamento de água no maquinário, a equipe encheu a cabeça com uma pequena quantidade de óleo de bebê, já que é um fluido que não se comprime com as mudanças de pressão durante os mergulhos.

De fato, um dos maiores desafios da equipe era fazer o SoFi nadar em diferentes profundidades. O robô possui duas aletas na lateral que ajustam o passo dos peixes para o mergulho para cima e para baixo. Para ajustar sua posição verticalmente, o robô tem um compartimento de peso ajustável e uma "unidade de controle de flutuabilidade" que pode alterar sua densidade ao comprimir e descomprimir o ar.

Katzschmann diz que a equipe desenvolveu o SoFi com o objetivo de ser o mais ininterrupto possível em seu ambiente, desde o ruído mínimo do motor até as emissões ultrassônicas do sistema de comunicação da equipe, que envia comandos usando comprimentos de onda de 30 a 36 kilohertz.

"O robô é capaz de observações e interações próximas com a vida marinha e parece não incomodar os peixes reais, "diz Rus.

O projeto faz parte de um corpo maior de trabalho da CSAIL focado em robôs macios, que têm o potencial de ser mais seguros, mais resistente, e mais ágeis do que suas contrapartes de corpo duro. Robôs macios são, de muitas maneiras, mais fáceis de controlar do que robôs rígidos, já que os pesquisadores não precisam se preocupar tanto em evitar colisões.

"A prevenção de colisões muitas vezes leva a um movimento ineficiente, uma vez que o robô tem que se contentar com uma trajetória livre de colisões, "diz Rus, o professor Andrew e Erna Viterbi de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação no MIT. "Em contraste, um robô soft não tem apenas mais probabilidade de sobreviver a uma colisão, mas poderia usá-lo como informação para informar um plano de movimento mais eficiente da próxima vez. "

Como próximos passos, a equipe estará trabalhando em várias melhorias no SoFi. Katzschmann planeja aumentar a velocidade do peixe melhorando o sistema de bombeamento e aprimorando o design de seu corpo e cauda.

Ele diz que também planejam usar em breve a câmera integrada para permitir que o SoFi siga automaticamente peixes reais, e construir SoFis adicionais para biólogos estudarem como os peixes respondem a diferentes mudanças em seu ambiente.

"Vemos o SoFi como um primeiro passo para desenvolver quase uma espécie de observatório subaquático, "diz Rus." Tem potencial para ser um novo tipo de ferramenta para a exploração dos oceanos e para abrir novos caminhos para descobrir os mistérios da vida marinha. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.