No final do verão, quando as folhas estavam começando a ficar crocantes e enroladas com o calor, Devin Carroll saiu de seu apartamento, olhou para o chão e pegou alguns gravetos que ele achou que poderiam funcionar para seu robô. Com cerca de meia polegada de espessura e o comprimento de uma mão adulta, ele despiu os três gravetos de sua casca e os amarrou com barbante ao StickBot, um robô modular composto de circuitos, atuadores, um microcontrolador e um driver de motor.
Alimentado por quatro pilhas AA, conectadas por um labirinto de fios e luzes piscantes, os braços de madeira do StickBot agora se movem para cima e para cima, alimentando o robô do outro lado da mesa no Laboratório de Robótica, Automação, Sensoriamento e Percepção (GRASP) da Penn, onde Carroll é um Ph.D. candidato na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas.

Controlando o robô usando um aplicativo que ele projetou, Carroll mostra como o StickBot pode usar os bastões como pernas no "modo rastreador" para usá-los como braços. No "modo de agarrar", os bastões são presos a uma placa controladora de um lado para formar uma junta de dobradiça enquanto se movem com a extremidade livre para segurar um copo na posição vertical.

Em vez de uma invenção estática e singular, o StickBot é uma ideia, um sistema flexível que pode ser reconfigurado de várias maneiras. Um robô modular, os componentes do StickBot podem ser adicionados, ajustados e descartados conforme necessário.

Mark Yim, conselheiro de Carroll, está na Penn há 17 anos e é o atual diretor do GRASP Lab. A alta versatilidade dos robôs modulares apresenta muito potencial para a evolução da tecnologia, diz Yim. Uma iteração disso é o robots de autoconfiguração. "As pessoas são realmente boas em se adaptar a diferentes ambientes:quando está frio, você coloca um casaco. E os robôs também podem fazer isso. Mas se os robôs também puderem mudar sua forma, fazer coisas diferentes... isso lhe dará mais possibilidades."

Além de um robô feito de paus, Carroll também construiu um robô feito de gelo. Com um corpo retangular e duas rodas grandes, o robô parece um cruzamento entre um caminhão monstro e um carrinho Cushman. É chamado, é claro, IceBot.

O IceBot conseguiu uma entrada de 2020 no Guinness Book of World Records como o primeiro robô feito inteiramente de gelo (exceto seu driver de motor e atuadores, que Carroll incorporou em buracos esculpidos). Carroll espera que essa tecnologia seja usada um dia para realizar missões na Antártida ou em uma lua gelada, possivelmente como um robô autoconfigurável. Por enquanto, é uma forma de refinar suas ideias sobre robôs modulares.

"A lição aprendida com o IceBot", diz Carroll, "é, não tenha medo de tentar uma coisa maluca. Pode até funcionar."

Objetos encontrados, reutilizando materiais

Com StickBot, Carroll continuou sua experimentação criativa. Desta vez, ele se concentrou em manter os custos baixos e criar um sistema simples que pudesse executar uma série de tarefas.

“O StickBot é um sistema robótico que se destina a fornecer aos usuários uma grande flexibilidade a um custo extremamente baixo e fazemos isso aproveitando a modularidade dos materiais encontrados”, diz Carroll. "Temos um monte de galhos de árvores ou galhos e podemos montá-los em estruturas de treliça em diferentes configurações. Ao fazer isso, podemos obter coisas como um robô rastreador ou um robô de garra ou qualquer coisa que você possa imaginar. Atrás StickBot é a capacidade de reconfigurar as coisas e torná-lo extremamente acessível."

Carroll estima que o custo total de construção do StickBot está abaixo de cem dólares para um modelo simples, embora sistemas maiores possam custar mais. Enquanto alguns componentes (como os atuadores e o acionador do motor) são parte integrante da função do robô, outros podem ser trocados dependendo da tarefa que está sendo executada e dos materiais disponíveis. (Carroll está explorando o uso de cola quente e fita adesiva em vez de barbante.) O robô deve poder ser construído a partir de coisas que as pessoas possam ter à mão, diz ele.

O ethos de reduzir, reutilizar e reciclar está com Carroll desde que ele era jovem. Carroll cresceu em uma fazenda na zona rural de Massachusetts. Ele era um membro do 4-H; ele criou ovelhas. "Tudo o que fizemos foi planejado para ser renovável", diz Carroll. "Construindo coisas como celeiros ou galpões, tentaríamos reutilizar o máximo de material possível."

Mais tarde, Carroll foi para a Universidade de Massachusetts Amherst para engenharia mecânica e fez um programa de verão Research Experience for Undergraduates (REU) em Harvard, onde construiu seu primeiro robô. "Eu estava no segundo ano da faculdade de engenharia, não tinha ideia do que queria fazer", diz Carroll. "Eu estava trabalhando naquele inverno em Harvard Forest, apenas fazendo manutenção para eles. Um pesquisador veio até mim e disse:"Você é engenheiro mecânico, certo?" Você pode construir este robô para mim?"

Carroll construiu o robô, “essencialmente uma caixa com vários sensores”, diz ele, e projetou uma pista de bonde na copa das árvores, com três alturas de andaime. Alimentado por uma bateria de carregamento solar, o robô foi projetado para atravessar uma área para ajudar os ecologistas a determinar a rapidez com que a floresta cresceria após um corte raso.

Foi uma experiência influente para um jovem engenheiro. "Lá estava eu, cercado por ecologia e árvores e todos aqueles pesquisadores e cientistas. As pessoas estavam muito focadas em como podemos afetar o mundo ao nosso redor de maneira positiva e criar um recurso renovável para que não estejamos apenas usando algo , estamos realmente retribuindo."

Acessível e acessível

Uma aplicação possível para um robô estilo StickBot são as configurações de reabilitação em cuidados de saúde globais, seja como prótese ou em terapia. Procedimentos médicos de ponta são muito bons, diz Carroll, mas eles são acessíveis em todos os ambientes? E uma vez que o dispositivo de alta tecnologia quebra, com que facilidade ele pode ser consertado?

“Se pudéssemos implantar o sistema robótico como o StickBot em um cenário como esse, de repente poderíamos causar impacto na vida de muito mais pessoas”, diz Carroll. Como o StickBot é um robô modular relativamente simples, seus componentes podem ser reparados e substituídos com mais facilidade.

"Ao fornecer às pessoas a capacidade de usar materiais ao seu redor, fazemos duas coisas", diz Carroll. "Primeiro, reduzimos o custo dos materiais, que são marcados. Segundo, podemos reduzir a complexidade sem reduzir a função operacional."

É definitivamente uma ideia oportuna para a saúde global, diz Michelle J. Johnson, professora associada de medicina física e reabilitação na Perelman School of Medicine da Penn. Johnson, que é diretor do laboratório de robótica de reabilitação (A GRASP Lab), também faz pesquisas em Botsuana. "Um dos grandes problemas é a acessibilidade", diz ela. Há uma necessidade de apoiar os médicos em ambientes com menos recursos, mas como fazemos isso?"

O conceito de robôs acessíveis que aproveitam o material local e abundante é atraente, diz Johnson, porque quando materiais e eletrônicos precisam ser importados, os custos podem aumentar rapidamente.

Um robô modular também pode ser personalizável e as clínicas de saúde podem investir na funcionalidade do robô ao longo do tempo. "Talvez hoje você possa pagar apenas um módulo, e amanhã você pode pagar o segundo, e agora você tem um sistema que pode ser usado de várias maneiras", diz Johnson. "Você pode construir à medida que avança."

O sistema StickBot tem potencial para ser usado como robô social, terapêutico, protético ou de assistência, diz Johnson. Em Botsuana, alguns dos pacientes de Johnson têm HIV, o que pode desencadear derrames. Um robô terapêutico como o StickBot pode ser usado para atender a uma necessidade funcional imediata ou ajudar os pacientes a realizar um exercício de fisioterapia, diz ela.

A aplicação funcional das ideias é importante para Carroll. Ele quer que todos tenham acesso a um design interessante que tenha o potencial de melhorar vidas.

"Você já viu "Big Hero 6'?", pergunta Carroll. Ele acha que o filme da Disney deveria ser visto, pelo menos para os interessados ​​em robótica. Nele, o herói assiste a uma apresentação de engenharia para estudantes e mostra sua invenção - algo que parece uma pequena limalha de ferro, menor que um dedo mindinho. O público não fica impressionado. Então, o herói mostra o que milhares desses pequenos doohickeys podem fazer. Os robôs modulares se unem e se separam novamente, construindo andaimes sem esforço e criando uma passarela rolante de cabeça para baixo.As possibilidades são limitadas apenas pela imaginação do herói.

"Ter flexibilidade para fazer mais coisas significa que você pode ajudar mais pessoas", diz Carroll. "E se você pode torná-lo barato, isso é ainda melhor." + Explorar mais

Um robô feito de gelo pode se adaptar e se reparar em outros mundos