Atuadores pneumáticos impulsionam robôs em velocidades Cheetah

Apr 03, 2024

câmera lentagli/iStock

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Os robôs de quatro patas tornaram-se cada vez mais populares nos últimos anos, graças à sua versatilidade e agilidade. Alimentados por motores elétricos, esses robôs quadrúpedes podem oferecer controle preciso e movimento ágil, com vários cães-robô voltados para o consumidor chegando ao mercado nos últimos anos.

No entanto, há uma coisa que os motores elétricos não conseguem igualar: a potência instantânea dos músculos biológicos.

É aí que entram os atuadores hidráulicos, permitindo que robôs como o Atlas da Boston Dynamic realizem feitos impressionantes, como cambalhotas. Recentemente, no entanto, a Unidade Africana de Robótica da Universidade da Cidade do Cabo, na África do Sul, recorreu a um método mais tradicional de movimento para os seus robôs: a pneumática.

Inspirados pelos movimentos ultrarrápidos das chitas, os pesquisadores têm explorado o potencial da pneumática como alternativa à hidráulica. Usando gás como fluido de trabalho em vez de líquido, a pneumática oferece uma alta relação força-peso de uma forma simples e econômica.

A pneumática também fornece conformidade integrada, o que falta na hidráulica. Embora a pneumática não seja fácil de controlar, os pesquisadores descobriram que um controle complicado pode não ser necessário para fazer um robô funcionar como uma chita.

As chitas são os animais terrestres mais rápidos da Terra e são conhecidas por correrem a velocidades de 113 quilômetros por hora (70 milhas por hora) em rajadas curtas. Durante esta breve explosão de aceleração, as chitas podem cobrir uma distância de cerca de 460 metros (1.509 pés) e levar apenas 3 segundos para atingir a velocidade máxima.

Amir Patel, professor associado da Universidade da Cidade do Cabo, explica: “Estamos argumentando que talvez não seja necessário um controle preciso da força para uma manobrabilidade rápida”.

Embora a hidráulica seja mais complexa, cara e confusa se explodir, a pneumática oferece uma alternativa negligenciada, mas poderosa. Animais que exigem movimentos explosivos de seus membros, como as chitas, podem ser uma inspiração para aproveitar o potencial da pneumática.

Patel e sua equipe construíram um robô quadrapedal chamado Kemba para explorar a rápida aceleração e manobrabilidade que a pneumática pode oferecer.

Veja Kemba em ação abaixo:

Com o apoio de uma lança, Kemba, pesando 7 quilos, pode saltar repetidamente a uma altura de 0,5 metros com aterrissagens controladas, e atingir uma altura máxima de salto de 1 metro.

No entanto, a pesquisa não se concentra apenas na altura do salto ou na velocidade máxima. Patel enfatiza que eles se concentram na fase transitória da locomoção, como a aceleração rápida a partir de uma paralisação ou o repouso em uma marcha em alta velocidade. Esta fase do movimento, muitas vezes esquecida, é crucial para a compreensão de todas as capacidades dos robôs com pernas.

Embora Kemba esteja atualmente amarrado e haja planos para atualizações futuras, como adicionar uma coluna e uma cauda, ​​o potencial da abordagem pneumática é promissor.

Patel prevê que Kemba se torne uma plataforma que os biólogos possam usar para estudar a biomecânica do movimento animal. A redução do custo dos robôs com pernas é um benefício adicional da abordagem pneumática, que poderia eventualmente tornar os robôs com pernas mais acessíveis a um público mais amplo.

Embora ainda haja um longo caminho a percorrer antes que os robôs com pernas possam igualar as capacidades das chitas reais, a combinação inovadora de motores pneumáticos e elétricos oferece novas possibilidades de rápida aceleração e manobrabilidade.