A pesquisa sobre as trajetórias de centenas de formatos de papel em queda livre pode ajudar a informar o projeto de robótica bioinspirada que imita a natureza.

Pesquisadores do Laboratório de Robótica Bioinspirada do Departamento de Engenharia enfrentaram o desafio de modelar os comportamentos complexos e variados dos círculos e, pela primeira vez, quadrado mais complexo, hexágono e formas cruzadas - tudo sem intervenção humana.

A pesquisa, publicado no jornal Nature Machine Intelligence , utiliza automação robótica, visão computacional e aprendizado de máquina para mapear de forma autônoma os comportamentos de queda das formas em que cada uma exibe quatro estilos de queda:tombamento (girando continuamente de ponta a ponta), caótico (alternando entre movimentos de queda e descida sem estrutura aparente), constante e periódica (caindo continuamente ou oscilando para frente e para trás com uma orientação horizontal).

Doutor em Engenharia estudante Toby Howison, que fazia parte da equipe de pesquisa, disse que os resultados do estudo podem ser usados ​​para fornecer uma visão prática sobre o projeto de robótica que pode ser necessária para exibir certos comportamentos relacionados à sua estabilidade ou velocidade de queda, por exemplo.

A abordagem - conhecida como sistema de experimentação física iterativa (IPES) - permite aos pesquisadores coletar rapidamente grandes volumes de dados e analisá-los automaticamente para revelar padrões na dinâmica subjacente das formas de papel em queda. Todo o processo leva em média 90 segundos para ser concluído, com formas levando entre um e cinco segundos para cair no chão. Automatizar este processo fornece uma forma mais repetível, abordagem de classificação menos subjetiva, e os resultados mostraram que um esquema de classificação não supervisionado como este pode diferenciar com precisão entre movimento caótico e cambaleante em todas as quatro formas.

A configuração experimental consistia em um cortador a laser para fabricar formas, um braço robótico UR5 da Universal Robots equipado com uma pinça de sucção personalizada para escolher e soltar as formas de uma altura de 1,1 metros - horizontal ou verticalmente (escolhido aleatoriamente), e duas câmeras de alta velocidade para registrar o comportamento de queda. Isso permitiu que as trajetórias tridimensionais de queda e a oscilação correspondente fossem calculadas. Os dados foram então processados ​​e usados ​​para segmentar e classificar automaticamente os comportamentos e examinar, por exemplo, a relação entre a forma do papel, seu comportamento e velocidade de queda.

Toby Howison disse:"Se quisermos projetar robôs voadores com movimentos complicados, como deslizar ou bater, isso requer alguma experimentação do mundo real. É aqui que sistemas autônomos como o IPES podem ajudar a informar não apenas a nossa compreensão de tais movimentos, mas também como eles podem ser replicados em projetos robóticos.

"Ao pesquisar as trajetórias de centenas de formatos de papel em queda livre - um fenômeno desafiador de longa data - fomos capazes de estudar, analisar e interpretar diferentes tipos de comportamentos de queda de uma nova maneira, graças à tecnologia robótica. Como resultado, podemos agora transferir nosso aprendizado desses comportamentos para o projeto de robótica suave que anda ou nada, por exemplo.

"É apenas com a compreensão de estruturas como as formas de papel em queda livre que podemos aprender mais sobre como os diferentes componentes dessa estrutura interagem. Nossa pesquisa mostra que a interação entre a forma do papel e seu ambiente fornece um estilo de queda confiável que é criado sem qualquer controle integrado, tal como, um chip de computador ou motor. "