De bandos de pássaros a cardumes de peixes no mar, ou enormes cupinzeiros, muitos grupos sociais na natureza existem juntos para sobreviver e prosperar. Este comportamento cooperativo pode ser usado por engenheiros como "bioinspiração" para resolver problemas humanos práticos, e por cientistas da computação que estudam a inteligência de enxame.

"Swarm robótica" decolou no início de 2000, um dos primeiros exemplos sendo o "s-bot" (abreviação de swarm-bot). Este é um robô totalmente autônomo que pode realizar tarefas básicas, incluindo navegação e agarramento de objetos, e que podem se auto-montar em correntes para cruzar as lacunas ou puxar cargas pesadas. Mais recentemente, Os robôs "TERMES" foram desenvolvidos como um conceito em construção, e o projeto "CoCoRo" desenvolveu um enxame de robôs subaquáticos que funciona como um cardume de peixes que troca informações para monitorar o ambiente. Até aqui, nós apenas começamos a explorar as vastas possibilidades que os coletivos de animais e seu comportamento podem oferecer como inspiração para o design de um enxame de robôs.

Os robôs que podem cooperar em grandes números podem realizar coisas que seriam difíceis ou mesmo impossíveis para uma única entidade. Após um terremoto, por exemplo, um enxame de robôs de busca e resgate poderia explorar rapidamente vários prédios desmoronados em busca de sinais de vida. Ameaçado por um grande incêndio florestal, um enxame de drones pode ajudar os serviços de emergência a rastrear e prever a propagação do fogo. Ou um enxame de robôs flutuantes ("Row-bots") poderia roer manchas de lixo oceânicas, alimentado por bactérias comedoras de plástico.

A bioinspiração na robótica de enxame geralmente começa com insetos sociais - formigas, abelhas e cupins - porque os membros da colônia são altamente relacionados, o que favorece uma cooperação impressionante. Três outras características atraem os pesquisadores:robustez, porque os indivíduos podem ser perdidos sem afetar o desempenho; flexibilidade, porque os insetos trabalhadores sociais são capazes de responder às mudanças nas necessidades de trabalho; e escalabilidade, porque a organização descentralizada de uma colônia é sustentável com 100 trabalhadores ou 100, 000. Essas características podem ser especialmente úteis para realizar trabalhos como monitoramento ambiental, que requer cobertura de grandes, áreas variadas e às vezes perigosas.

Aprendizagem social

Além dos insetos sociais, outras espécies e fenômenos comportamentais no reino animal oferecem inspiração aos engenheiros. Uma área crescente de pesquisa biológica está em culturas animais, onde os animais se envolvem em aprendizagem social para adquirir comportamentos que provavelmente não inovarão sozinhos. Por exemplo, baleias e golfinhos podem ter métodos distintos de forrageamento que são transmitidos de geração em geração. Isso inclui formas de uso de ferramentas - observaram-se golfinhos quebrando esponjas marinhas para proteger seus bicos enquanto procuram peixes, como se uma pessoa colocasse uma luva na mão.

Formas de aprendizagem social e culturas robóticas artificiais, talvez usando formas de inteligência artificial, pode ser muito poderoso na adaptação de robôs ao seu ambiente ao longo do tempo. Por exemplo, robôs assistivos para atendimento domiciliar podem se adaptar às diferenças de comportamento humano em diferentes comunidades e países ao longo do tempo.

Culturas de robôs (ou animais), Contudo, dependem de habilidades de aprendizagem cujo desenvolvimento é caro, exigindo um cérebro maior - ou, no caso de robôs, um computador mais avançado. Mas o valor da abordagem "enxame" é implantar robôs simples, barato e descartável. A robótica de enxame explora a realidade da emergência ("mais é diferente") para criar complexidade social a partir da simplicidade individual. Uma forma mais fundamental de "aprendizado" sobre o meio ambiente é vista na natureza - em processos de desenvolvimento sensíveis - que não requerem um grande cérebro.

'Plasticidade fenotípica'

Alguns animais podem mudar o tipo de comportamento, ou até mesmo desenvolver formas diferentes, formas ou funções internas, dentro da mesma espécie, apesar de ter a mesma "programação" inicial. Isso é conhecido como "plasticidade fenotípica" - onde os genes de um organismo produzem diferentes resultados observáveis ​​dependendo das condições ambientais. Essa flexibilidade pode ser vista nos insetos sociais, mas às vezes ainda mais dramaticamente em outros animais.

A maioria das aranhas são decididamente solitárias, mas em cerca de 20 de 45, 000 espécies de aranhas, os indivíduos vivem em um ninho compartilhado e capturam alimentos em uma rede compartilhada. Essas aranhas sociais se beneficiam de ter uma mistura de tipos de "personalidade" em seu grupo, por exemplo, ousado e tímido.

Minha pesquisa identificou uma flexibilidade de comportamento em que aranhas tímidas assumiam um papel deixado por companheiros de ninho ousados ​​ausentes. Isso é necessário porque a colônia de aranhas precisa de um equilíbrio de indivíduos ousados ​​para estimular a predação coletiva, e os mais tímidos para se concentrarem na manutenção do ninho e no cuidado dos pais. Os robôs podem ser programados com comportamento de risco ajustável, sensível à composição do grupo, com robôs mais ousados ​​entrando em ambientes perigosos, enquanto os mais tímidos sabem se conter. Isso pode ser muito útil no mapeamento de uma área de desastre, como Fukushima, incluindo suas partes mais perigosas, enquanto evita muitos robôs no enxame sendo danificados de uma vez.

A capacidade de se adaptar

Sapos-cururu foram introduzidos na Austrália na década de 1930 como um controle de pragas, e desde então se tornaram uma espécie invasora. Em novas áreas, os sapos-cururus são vistos como algo sociais. Uma razão para o seu crescimento em número é que eles são capazes de se adaptar a uma ampla faixa de temperatura, uma forma de plasticidade fisiológica. Enxames de robôs com capacidade de alternar o modo de consumo de energia, dependendo das condições ambientais, como temperatura ambiente, poderiam ser consideravelmente mais duráveis ​​se quisermos que funcionem de forma autônoma a longo prazo. Por exemplo, se quisermos enviar robôs para mapear Marte, eles precisarão lidar com temperaturas que podem oscilar de -150 ° C nos pólos a 20 ° C no equador.

Além da plasticidade comportamental e fisiológica, alguns organismos apresentam plasticidade morfológica (forma). Por exemplo, algumas bactérias mudam de forma em resposta ao estresse, tornando-se alongado e, portanto, mais resistente a ser "comido" por outros organismos. Se enxames de robôs podem se combinar de forma modular e (re) montar em estruturas mais adequadas, isso pode ser muito útil em ambientes imprevisíveis. Por exemplo, grupos de robôs podem se agregar para segurança quando o clima muda.

Quer sejam as "culturas" desenvolvidas por grupos de animais que dependem de habilidades de aprendizagem, ou a habilidade mais fundamental de mudar a "personalidade", função ou forma interna, A robótica de enxame ainda tem muito espaço para se inspirar na natureza. Podemos até querer misturar e combinar comportamentos de diferentes espécies, para criar nossos próprios "híbridos" de robôs. A humanidade enfrenta desafios que vão desde as mudanças climáticas que afetam as correntes oceânicas, a uma necessidade crescente de produção de alimentos, para a exploração espacial - e a robótica de enxame pode desempenhar um papel decisivo com a bioinspiração certa.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.