ANYmal, um robô desenvolvido na ETH, pode ver e ouvir, e até portas abertas. Uma equipe internacional de pesquisa está trabalhando agora para garantir que o robô possa funcionar em condições extremas - uma missão que os leva ao labirinto de drenos e túneis abaixo de Zurique.

Dois homens levantam a máquina de alta tecnologia de 30 quilos e a baixam no poço escuro usando uma corda. Vestimos macacões reflexivos, troque nossos sapatos por botas de borracha até a coxa e prenda-os firmemente em nossas roupas. Em seguida, vem um capacete, uma lanterna e luvas descartáveis ​​para cada um de nós. Totalmente equipado, começamos nossa descida, seguindo os degraus descendo a parede do poço um por um até chegarmos ao sistema de esgoto de Zurique, quatro metros abaixo da superfície.

Neste dia quente de outono, uma equipe de pesquisadores está realizando testes no subsolo. O objetivo é determinar se ANYmal - um robô desenvolvido em conjunto pelo Robotic Systems Lab e ANYbotics, um spin-off da ETH - poderá um dia ser implantado em sistemas de esgoto. Pode ser usado, por exemplo, para ajudar os funcionários da cidade de Zurique, que regularmente têm que caminhar ou rastejar pelos cerca de 100 quilômetros de poços e drenos acessíveis sob a cidade e cujo trabalho é verificar se há danos nas paredes e no chão. Este trabalho não representa apenas um risco para a saúde, mas também é potencialmente letal, visto que os ralos podem encher-se de água muito rapidamente sem aviso prévio. Outra vantagem dos robôs em tal ambiente é que eles podem operar em esgotos estreitos que não podem ser acessados ​​com a tecnologia em uso hoje.

Teste inicial

Os pesquisadores colocam o robô na posição vertical na parte inferior do poço. Tem cerca de 50 cm de altura e quatro pernas articuladas, além de algo semelhante a uma cabeça que consiste em uma câmera e vários sensores.

Peter Fankhauser, co-fundador da spin-off da ETH que comercializa o ANYmal, rádios de seus colegas na superfície, que são responsáveis ​​por coordenar o teste e enviar comandos ao robô. Fankhauser então gira com um joystick e o robô se arrasta para frente. Como este é o primeiro teste em terreno desconhecido, ele assume o controle parcial do robô, embora seja capaz de se mover de forma autônoma. “É uma medida de precaução, "diz Fankhauser, "Só porque algo funciona no laboratório nem sempre significa que funcionará no mundo real." Afinal, as condições subterrâneas não são as que o robô está acostumado:a câmara está molhada e escorregadia, com temperaturas mais baixas e umidade mais alta do que no laboratório. O que mais, é muito, muito escuro.

"É difícil distinguir muito aqui, "diz Fankhauser, quase com um toque de resignação em sua voz, conforme o robô se move em um ritmo lento através do túnel de aproximadamente três metros de altura e cinco metros de largura. O robô emite um som eletromecânico uniforme - uma espécie de zumbido rítmico - que se mistura com o som da água corrente emanando do esgoto principal próximo. Estamos em um esgoto de transbordamento bem grande, com apenas um fio d'água nele. Dado que o robô está em seu teste inaugural, rodando quatro metros abaixo do nível do solo, os pesquisadores tomaram o cuidado de evitar grandes volumes de água.

Encontrando seu caminho no escuro

O objetivo do projeto de pesquisa de três anos intitulado THING (Sub-Terranean Haptic InvestiGator) é projetar robôs que podem se mover por conta própria e são mais capazes de identificar seus arredores. Os robôs geralmente usam câmeras 3-D e sensores a laser para orientação. Mas tais dispositivos podem funcionar mal em condições adversas - como quando a superfície do solo está molhada ou o ar cheio de poeira. É por isso que os pesquisadores consideram a percepção háptica aprimorada - orientação pelo toque - uma solução possível. O projeto reuniu pesquisadores ETH com colegas de universidades em Edimburgo, Pisa, Oxford e Poznań.

Todas essas instituições estão experimentando com TODOS os robôs, e os participantes do projeto de vários locais se encontram regularmente. Além dos testes no sistema de esgoto, no próximo ano, os pesquisadores vão implantar o robô em uma mina de cobre polonesa. Isso vai determinar se ele pode funcionar em um microclima totalmente diferente, um caracterizado por quente, ar empoeirado e superfícies de cascalho. A ETH está representada no projeto pelo Laboratório de Sistemas Robóticos liderado pelo Professor Marco Hutter, que conduz pesquisas sobre robôs com pernas há muitos anos. He received support from ETH soon after embarking on this research in the form of an ESOP scholarship and a Pioneer fellowship.

One of the key questions on this first day of testing is whether the robot can find its way around at all in the darkness of the sewerage system. Initially, two helpers with big LED lamps illuminate the surroundings so that we can clearly see what's going on. Então, Fankhauser asks the helpers to turn off the lamps and radios his colleagues on the surface to tell the robot to use its own lights. The robot's sense of touch isn't the only thing that helps it find its way in the dark, as Hutter explains:"The robot uses laser sensors and cameras to scan its surroundings. By identifying irregularities in the surface of the concrete, it can determine where it is at any given moment."

All that can be seen in the darkness now are the small round LEDs in the robot's "head". The atmosphere is other-worldly:the darkness, the sound of rushing water, the electromechanical whirring, the robot's LED eyes. Then someone breaks the eerie silence momentarily with a droll comment:"Its eyes are a bit like a Rottweiler."

Underground and offshore

Researchers at ETH have been working on quadrupedal robots since 2009. The first ANYmal prototype was completed in 2015 and, one year later, ETH established the spin-off ANYbotics. The fledgling company's mission is to make robots deployable in all types of terrain so that they can be used in a wide range of practical applications. The company's slogan is "Let Robots Go Anywhere". On-site tests are carried out two or three times a month. Por exemplo, Fankhauser and some members of his team recently headed to an offshore platform in the middle of the North Sea. The hope is that robots could one day perform inspections on such platforms. On its pilot run at least, ANYmal autonomously completed several inspection routes with flying colours.

After almost ten years of research, there's a lot ANYmal can do. It can not only walk autonomously, but also boasts the sensory capabilities of sight, hearing and touch. These enable it, por exemplo, to read the air pressure display on a machine, identify sounds and recognise objects – for example to determine whether or not a fire extinguisher is in the right place. The robot can even perform certain manual tasks on its own. Equipped with an additional gripping arm, it can open doors, dispose of refuse or press a lift button. It also delivers data that is more precise than our own eyes, ears and noses can perceive. It can identify the ambient temperature and detect the presence of gases in the air. Its latest trick is recognising the composition of the ground beneath it. "Some of its powers are superhuman, " says Fankhauser.

Despite the lack of light in the sewer, the robot seems to be finding its way quite well, plodding through the shallow channel at a leisurely pace. When the high-tech machine reaches a 20-centimetre-high ledge in a dry side arm of the sewer, Fankhauser brings it to a halt with a flick of the joystick. Initially, he is reluctant to give the robot the command to climb over the ledge. Although it has easily mastered this manoeuvre in laboratory conditions, down here it is a risky undertaking. "It's an expensive machine, " says Fankhauser. But he gives it a try anyway. ANYmal doesn't manage it at its first attempt. It stops at the ledge like a horse balking at a jump. "Default, start again, " radios Fankhauser. Now the robot elegantly places one leg after another over the ledge.

Huge data volumes

While Fankhauser and Hutter watch the robot continue on its patrol for a while, I return to the surface via the entry shaft. Sitting on a bench under a white canopy, their eyes firmly fixed on a laptop, are two assistants from ETH.

A generator is buzzing and a router is blinking – and many a cyclist passing by along the main road looks on in bemusement at the hubbub around the open manhole at the side of the road. Looking over the researchers' shoulders, I can see an almost constant stream of data flickering across the screen. And thanks to state-of-the-art 3-D and laser technologies, live images constantly transmitted by the robot from underground are visible on a separate monitor.

When Fankhauser radios from below that he wants the robot to touch the wall of the sewer with one of its legs, the two assistants have their work cut out for them. The software they are using has not been programmed for this. They respond quickly, Contudo, taking an algorithm originally programmed to teach ANYmal to shake hands. But to make sure the robot doesn't hit the wall with force, the researchers have to adapt the parameters. Nesse caso, the problem is the angle at which the robot is to raise its leg. One of the assistants types in 100 and then gradually ratchets up the number. At 180 the perfect level is reached and the robot's manoeuvre is successful.

Fankhauser and Hutter emerge from the cool, humid environment of the sewerage system into the warm autumn sunshine. They slowly begin to relax as they take off their reflective overalls. "The robot was in non-stop operation and collected a lot of data, " says Fankhauser as he undoes his high rubber boots and removes his protective clothing. Professor Hutter is satisfied, too:"All the teams will be taking home a huge volume of data to incorporate in their research." They are now one step closer to their goal of delivering a robot that can function properly in challenging conditions underground. But their work is far from finished. The robot recorded 500, 000 measurements per second over the course of the day. "That's enough data to keep us busy for six months, " says Fankhauser with a laugh.