Enxame autônomo de peixes-robôs impressos em 3D podem nadar onde os humanos não conseguem

Vimos enxames impressos em 3D de robôs projetados para coletar lixo, realizar tarefas de produção complexas e até mesmo participar de missões de vigilância, ambientais e de busca e resgate no mar. Agora, uma equipe de pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS) e do Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia publicou um artigo na Science Robotics sobre seu trabalho no desenvolvimento de um enxame de peixes robóticos impressos em 3D que podem autonomamente coordene seus movimentos e nade como um verdadeiro cardume de peixes, sem nenhum controle externo.

“Muitas espécies de peixes se reúnem aos milhares e nadam em harmonia, aparentemente sem nenhum esforço. Grandes escolas exibem uma variedade de comportamentos coletivos impressionantes, desde simples cardume até migração coletiva e desde a evasão básica de predadores até manobras dinâmicas como bolas de isca e expansão rápida. Um grande número de trabalhos experimentais e teóricos mostrou que esses comportamentos tridimensionais complexos (3D) podem surgir de observações visuais de vizinhos próximos, sem comunicação explícita. Em contraste, a maioria dos coletivos de robôs subaquáticos dependem de comunicação centralizada, acima da água e explícita e, como resultado, exibem complexidade de coordenação limitada.

O resumo afirma.

Cardumes de peixes, como o visto acima, migram, encontram alimento e escapam das mandíbulas dos predadores por meio de comportamentos complexos e sincronizados, que vêm de algo chamado coordenação implícita. Em vez de um único peixe coordenando o movimento do grupo, ou vários peixes se comunicando para decidir o próximo movimento, esse tipo de auto-organização descentralizada funciona por peixes individuais que tomam suas decisões com base apenas no que vêem os outros peixes fazendo.

O enxame robótico inspirado em peixes da equipe de pesquisa, criado no laboratório de sistemas auto-organizados do professor Radhika Nagpal, é chamado de Blueswarm. De acordo com um comunicado de imprensa do SEAS, esta é a primeira vez que pesquisadores “demonstraram comportamentos coletivos 3D complexos com coordenação implícita em robôs subaquáticos”.

Nossos resultados com o Blueswarm representam um marco significativo na investigação de comportamentos coletivos auto-organizados subaquáticos. Os insights desta pesquisa nos ajudarão a desenvolver futuros enxames subaquáticos em miniatura que podem realizar monitoramento ambiental e pesquisa em ambientes visualmente ricos, mas frágeis, como recifes de coral.

disse Nagpal, o professor Fred Kavli de Ciência da Computação da SEAS e membro do corpo docente associado da Wyss Instituto.

Essa pesquisa também abre uma maneira de entender melhor os cardumes de peixes, recriando sinteticamente seu comportamento.

Existem sete peixes robóticos nadadores impressos em 3D, ou Bluebots, no Blueswarm, e cada um tem duas câmeras grande-angulares como olhos e três LEDs azuis. Ao rastrear as luzes LED dos outros Bluebots, cada um reage de acordo com os sinais que vêem com um computador Raspberry Pi a bordo, além de um algoritmo personalizado que pode medir a direção, distância e direção.

Os robôs são frequentemente implantados em áreas inacessíveis ou perigosas para os humanos, áreas onde a intervenção humana pode nem mesmo ser possível. Nessas situações, é realmente benéfico para você ter um enxame de robôs altamente autônomo e autossuficiente.

explicou Florian Berlinger, candidato a doutorado em SEAS e Wyss e primeiro autor do artigo.

Usando regras implícitas e percepção visual 3D, fomos capazes de criar um sistema com alto grau de autonomia e flexibilidade subaquática, onde coisas como GPS e WiFi não são acessíveis.

Esses robôs inspirados em peixes podem sincronizar seus movimentos sem nenhum controle externo. Com base na produção e detecção simples de luz LED, o coletivo robótico exibe comportamentos auto-organizados complexos, incluindo agregação, dispersão e formação de círculo. (Imagem cortesia do Self-organizing Systems Research Group)

Mas enquanto outros enxames de robôs foram capazes de navegar facilmente em espaços bidimensionais, os tridimensionais, como a água e o ar, são mais difíceis em termos de movimento e detecção; é por isso que a equipe criou o sistema de coordenação baseado em visão a bordo com LEDs e câmeras com lentes de peixes. Com apenas seu algoritmo e produção / detecção de luzes LED, os pesquisadores mostraram que seu Blueswarm era capaz de demonstrar um comportamento complexo e auto-organizado, como dispersão, formação de círculo e agregação.

Cada Bluebot reage implicitamente às posições de seus vizinhos. Portanto, se quisermos que os robôs se agreguem, cada Bluebot calculará a posição de cada um de seus vizinhos e se moverá em direção ao centro. Se queremos que os robôs se dispersem, os Bluebots fazem o contrário.

explicou Berlinger.

Se quisermos que eles nadem como uma escola em círculo, eles são programados para seguir as luzes diretamente na frente deles no sentido horário.

Além disso, a equipe testou seus peixes robóticos com uma missão de busca simulada fácil no tanque, usando apenas uma luz vermelha. Os Bluebots nadaram pelo tanque usando seu algoritmo de dispersão, até que um deles estivesse perto o suficiente da luz para detectá-lo, o que fez seus LEDs piscarem. Esse piscar azul fez com que o algoritmo de agregação funcionasse para o resto do Blueswarm e os outros seis se reuniram em torno do peixe robótico com as luzes LED piscando.




Fonte: 3DPrint.com

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