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Um robô hexápode, com formato de formiga navegando sem GPS?

A navegação autônoma ao ar livre requer a fusão de diferentes sensores para lidar com ambientes adversos. As formigas do deserto são capazes de navegar de forma eficiente, mesmo

com um pequeno número de neurônios. Para se orientar, elas utilizam uma espécie de "bússola celestial" que usa a luz polarizada do céu e contam os passos para estimar a distância percorrida, combinando essas informações com a taxa de movimento relativa em relação ao Sol, medida opticamente por seus olhos para realizar a integração do caminho. Inspirados por esse processo, pesquisadores desenvolveram soluções de navegação para robôs com pernas, usando sensores ópticos e uma bússola inspirada em insetos. Os resultados mostraram um erro médio de retorno muito baixo, comprovando a eficácia dessas estratégias inspiradas em formigas para complementar as técnicas clássicas de navegação.


Traçando Rotas

Rota trajetória de retorno formiga e antbot
Trajetória de retorno formiga e robô antbot












Trajetórias de retorno da formiga do deserto Cataglyphis e do robô hexápode AntBot.

(A) Integração do caminho na formiga do deserto C. fortis . Após uma trajetória de saída aleatória (linha fina, 592,1 m de comprimento), a forrageadora retornou direto ao seu ninho (linha grossa, 140,5 m de comprimento). O círculo aberto marca a entrada do ninho, e o grande cheio mostra o local de alimentação. Pequenos pontos preenchidos representam marcas de tempo (a cada 60 s). (B) Desempenhos de retorno do AntBot inspirados em experimentos com formigas do deserto Cataglyphis em (A). Após uma trajetória de saída de 10 pontos de verificação (linha cinza, 10,6 m de comprimento), o AntBot voltou ao seu ponto inicial (cruz cinza) assim como as formigas do deserto (linha preta, 3,2 m de comprimento). Os pontos sólidos indicam os pontos de verificação onde o AntBot parou para determinar sua direção.



Formiga robótica é o primeiro robô a navegar sem GPS

 Hardware utilizado no robô hexápode AntBot
Hardware utilizado no robô hexápode AntBot

Hardware utilizado no robô hexápode AntBot.

(A) Estrutura do robô com seus sensores e peças eletrônicas. (B) Arquitetura de hardware da plataforma robótica AntBot. Para lidar com as comunicações entre a placa Raspberry Pi 2B e os demais dispositivos eletrônicos [bússola celestial, IMU (MinIMU-9 v3), sensor M 2 APix OF e motor de passo], desenvolvemos um escudo customizado. (C) Vista lateral e (D) vista superior do AntBot.

Com aparência de uma aranha, esta é a "formiga robótica", o primeiro robô a navegar sem depender de GPS.




Formiga robótica


O olhar humano não possui sensibilidade para visualizar a polarização da luz, assim acontece com a radiação ultravioleta. Essas são as duas informações que algumas formigas usam para se localizar, saindo em busca de comida e retornando ao formigueiro. 


Formiga robótica - Estrutura do robô com seus sensores e peças eletrônicas.
Formiga Robótica

As formigas do deserto (Cataglyphis), em particular, podem cobrir várias centenas de metros sob a luz direta do Sol no deserto para encontrar comida, depois retornam em linha reta para o ninho, sem se perder. Elas não podem usar feromônios, pois eles evaporariam instantaneamente com a alta temperatura. Possuem um talento de navegação baseado em duas informações: 

  • a direção, medida com uma espécie de "bússola celestial" que usa a luz polarizada do céu;

  • a distância percorrida, medida por contagem dos passos integrado com a taxa de movimento relativa em relação ao Sol, medida opticamente por seus olhos. Distância e direção são as duas informações fundamentais que, uma vez combinadas, permitem que as formigas retornem para casa.


Navegação sem GPS


O AntBot imita a capacidade de navegação das formigas do deserto usando uma bússola óptica para determinar seu rumo por meio da luz polarizada. Um robô com capacidade total de navegação que não depende dos sinais de GPS, e um sensor de movimento óptico direcionado para o Sol para medir a distância percorrida.

O AntBot demonstrou ser capaz de explorar seu ambiente e retornar à base com uma precisão de até 1 cm após ter percorrido uma distância total de 14 metros. Pesando apenas 2,3 kg, este robô tem seis pés para maior mobilidade, permitindo que ele se mova em ambientes complexos, precisamente onde robôs com rodas ou lagartas saem-se mal, como em áreas de desastre, terrenos acidentados, exploração de terrenos extraterrestres etc.

A navegação dos robôs espaciais é complicada porque não existem sinais de GPS em outros planetas ou na Lua.


( A ) Diagrama 3D do padrão de polarização no céu em relação ao robô observador AntBot (O), em uma determinada elevação do Sol. As curvas cinza dão o AoP ao redor da cúpula do céu. O DoLP mínimo ocorre na região do Sol, e o DoLP máximo ocorre a 90° do Sol (curva vermelha). ( B ) Visualização do projeto auxiliado por computador da bússola celestial. ( C ) Fotografia da bússola celeste. À esquerda, a engrenagem superior foi removida para mostrar o sensor de luz UV e o sensor de efeito Hall usado para interromper o processo de varredura do céu após uma rotação completa da engrenagem. ( D ) Um exemplo de sinais brutos normalizados (linhas finas) e filtrados (linhas grossas) UV 0 (em azul) e UV 1 (em vermelho) durante um dia ensolarado em abril de 2017 em Marselha, França. ( E ) Sinais de razão logarítmica bruta (linha fina) e filtrada (linha grossa) entre UV 0 e UV 1 . O AoP está localizado nos valores mínimos da saída da razão logarítmica (aqui, o AoP é 118° e o mod é 180°).
Bússola Celestial

O grande avanço desse robô biomimético está em sua "bússola celestial".







Bússola celeste


A bússola celestial usada pelo robô é composta por apenas dois pixels, tendo no topo dois filtros polarizados que se tornam equivalentes a um sensor óptico composto por duas linhas de 374 pixels.

O cérebro do robô é um microcontrolador Raspberry Pi, com um sensor GPS para aferir os desvios de posição em relação ao novo sistema de navegação e comparar os resultados de um e de outro. O sensor inspirado na formiga venceu largamente, com uma perda mínima de precisão de 0,17% em passeios de 14 metros, enquanto os sinais de GPS civis têm uma imprecisão de 4,9 metros.



Artigo: AntBot: A six-legged walking robot able to home like desert ants in outdoor environments

Autores: Julien Dupeyroux, Julien R. Serres, Stéphane Viollet

Revista: Science Robotics

Vol.: 4, Issue 27, eaau0307

DOI: 10.1126/scirobotics.aau0307

SITE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Formiga robótica é o primeiro robô a navegar sem GPS. Online. Disponível em www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=formiga-robotica-primeiro-robo-navegar-sem-gps.


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