Roboticistas em todo o mundo tem desenvolvido recentemente uma ampla gama de sistemas robóticos sofisticados projetados para operar e completar missaµes em diferentes ambientes. Alguns desses sistemas foram apresentados em conferaªncias, eventos ou competições.

Uma dessas competições foi o DARPA Subterranean Challenge (SubT), que ofereceu um praªmio de US$ 3,5 milhões, financiado pela Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), para prota³tipos de robôs que pudessem navegar em ambientes subterra¢neos com mais eficiência. As equipes que participaram inclua­am roboticistas de instituições educacionais lideres, como MIT, CMU, CalTech e KAIST, além de instalações de pesquisa de renome, como NASA-JPL ou CSIRO. A equipe vencedora, CERBERUS, incluiu membros da academia e da indaºstria, trabalhando na NTNU, UNR, ETH Zurich, UC Berkley, Oxford e Flyability.

Para a competição DARPA, a equipe da NTNU e da ETH Zurich desenvolveu um sistema roba³tico marsupial que permitiu a exploração colaborativa e recursos de mapeamento entre um roba´ de pernas e aanãreo em uma configuração marsupial. Este sistema, introduzido em um artigo pré-publicado no arXiv e programado para aparecer em um peria³dico revisado por pares, foi projetado para navegar e explorar com eficiência ambientes subterra¢neos desconhecidos.

"Nosso estudo se baseia em uma colaboração muito próxima entre nosso laboratório (ARL— Autonomous Robots Lab ), agora localizado em NTNU, Noruega (e anteriormente em Reno, Nevada), e nossos colegas do RSL da ETH Zurich — Robotic Systems Lab ", Paolo De Petris, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, disse. "Nosso objetivo principal era cumprir a promessa que fizemos, no ini­cio da competição, de implantar um roba´ voador a partir de um roba´ andante."

Durante a competição da DARPA, De Petris e seus colegas não conseguiram demonstrar o funcionamento de um sistema baseado na colaboração entre um roba´ voador e um roba´ ambulante em tempo real, devido a problemas associados a  pandemia de COVID-19 e viagens restritas. No entanto, eles continuaram a trabalhar em seu sistema e o testaram experimentalmente em um conjunto de ambientes do mundo real.

“Nossa ideia vem de um conceito muito simples: a complementaridade de robôs andantes e voadores”, explicou De Petris. "Acreditamos que em ambientes subterra¢neos, perceptualmente degradados, a colaboração entre um roba´ ambulante como o ANYmal, que tem um tempo de operação incra­vel, alta capacidade de carga útil, comunicação com uma capacidade de extensão de estação terrestre etc., mas limitado a operações terrestres, e um roba´ voador como o RMF-Owl , resulta em uma missão de exploração muito eficiente e lógica."

A equipe imaginou que seu sistema seria implantado para completar missaµes em ambientes subterra¢neos desconhecidos. Nesse cena¡rio, o roba´ com pernas ANYmal seria enviado para o ambiente desconhecido com o roba´ voador RMF-Owl nas costas.

Enquanto navega pelo ambiente, o roba´ ANYmal pode criar um mapa do espaço desconhecido. Ao fazer isso, no entanto, também poderia identificar regiaµes potenciais em seus arredores onde o roba´ voador RMF-Owl poderia ser implantado,

“Essas regiaµes podem ser muito altas para qualquer um alcana§ar ou obstrua­das devido a uma seção colapsada de um taºnel e assim por diante”, disse De Petris. "Quando ANYmal decidir que não hámais espaço que possa explorar, ou simplesmente por comando de um operador, se a comunicação permitir, ele se colocara¡ na fronteira de uma dessas regiaµes identificadas, enviara¡ o mapa atualizado para a RMF -Coruja, e comande o roba´ voador para explorar a nova seção, atualizando e expandindo o mapa compartilhado."

Em última análise, como a equipe imaginou seu sistema, o roba´ RMF-Owl poderia explorar regiaµes que são inacessa­veis ao roba´ ANYmal com pernas. Uma vez que terminasse sua subtarefa de exploração, retornaria ao ponto em que decolou e pousaria com segurança no solo.

Atéagora, a equipe apenas desenvolveu um prota³tipo de seu sistema. No futuro, no entanto, eles planejam desenvolvaª-lo ainda mais para incluir mais recursos, principalmente aprimorando sua função de implantação marsupial.

“Eventualmente, o RMF-Owl deve pousar na traseira do ANYmal, ter um sistema de recarga para encher a bateria enquanto não estiver voando e muitas outras peculiaridades de engenharia impressionantes que não tivemos tempo de implementar”, disse De Petris.

Atéagora, a equipe avaliou seu sistema em uma sanãrie de testes e descobriu que obteve resultados nota¡veis. Especificamente, eles observaram uma boa colaboração entre os robôs ambulantes e voadores, o que permitiu uma exploração mais ampla de ambientes desconhecidos.

No futuro, seu sistema podera¡ ser implementado em uma sanãrie de ambientes do mundo real. Por exemplo, pode ser implantado dentro de minas desmoronadas, locais com passagens estreitas, cavernas e atémesmo em grandes instalações industriais com requisitos de inspeção complexos. Em todos esses cenários, o sistema da equipe poderia permitir uma exploração ou inspeção mais precisa e completa.

"Estou pessoalmente interessado em robôs voadores tolerantes a colisaµes, como vocêdeve ter notado no RMF-Owl, mas a questãoanã: agora que podemos aceitar algumas colisaµes, como podemos aumentar a exploração auta´noma com essa capacidade?" acrescentou De Petris. "Um problema muito interessante estãorelacionado ao planejamento de caminho: os algoritmos tradicionais de planejamento de caminho nunca encontrara£o um caminho em uma pequena lacuna se o roba´ não se encaixar bem."

Em um artigo subsequente a ser publicado em breve, De Petris e seus colegas exploraram estratanãgias para aumentar as capacidades de exploração tolerantes a colisaµes de seu sistema. Como o roba´ RMF-Owl éparcialmente resistente a colisaµes, seu sistema roba³tico ainda pode conseguir completar missaµes, mesmo que o roba´ colida parcialmente com alguns objetos.

“Outro objetivo pessoal que tenho éir em pequena escala: muitas pessoas ainda estãocom medo quando veem essas lâminas gigantes de fibra de carbono de 15 polegadas batendo por aa­â€, acrescentou De Petris. "Do ponto de vista da pesquisa, drones grandes não cabem em Espaços minaºsculos. Por exemplo, temos um projeto em andamento para inspeção de tanques de lastro e os bueiros são de 0,6x0,4m (o RMF-Owl mal cabe)."