Parece que quando um animal com muitas pernas caminha e quando um animal sem pernas desliza, a mecânica envolvida nos dois processos não é tão diferente. Bem, isso é o que os cientistas da UC San Diego propuseram depois de realizar pesquisas sobre movimentos de caminhada de formigas e robôs. A equipe de roboticistas, físicos e biólogos publicou suas descobertas no Anais da Academia Nacional de Ciências, em um artigo intitulado “Caminhar é como deslizar: uma visão de locomoção unificadora e baseada em dados”.
Em pesquisas anteriores, os cientistas estudaram a mecânica do caminhar das formigas e pensaram que suas descobertas poderiam ser aplicadas ao projeto de algoritmos para o caminhar dos robôs. Eles conduziram pesquisas em várias colônias de formigas argentinas na UC, em San Diego, e em dois tipos diferentes de robôs com múltiplas pernas na Universidade de Michigan. Ao conduzir esta pesquisa, eles descobriram uma nova relação matemática entre andar, pular, deslizar e nadar em fluidos viscosos, para animais com múltiplas pernas e bots.
“Isso é importante porque permitirá que os roboticistas construam modelos muito mais simples para descrever a maneira como os robôs andam e se movem pelo mundo”, disse o coautor do estudo, Nick Gravish, membro do corpo docente do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade de Califórnia San Diego.
As formigas argentinas são bons objetos de estudo porque caminham longas distâncias em terrenos diversos. “As formigas argentinas são muito fáceis de estudar em laboratório”, disse Glenna Clifton, professora da Universidade de Portland, que conduziu a maior parte da pesquisa sobre formigas enquanto fazia pós-doutorado no laboratório de Gravish na UC San Diego.
Essas formigas também se adaptam facilmente às configurações do laboratório e reconstruem rapidamente sua colônia depois de transferidas para o laboratório. Os pesquisadores então os motivam a caminhar colocando alimentos em locais específicos e monitorando seus movimentos por meio de gravações de vídeo. “Essas formigas criarão trilhas de alimentação e as seguirão”, disse Clifton. “Eles se recuperam rapidamente e não guardam rancor.”
Para estudar a locomoção desses animais e robôs, os pesquisadores usaram um algoritmo desenvolvido pelo grupo de pesquisa de Shai Revzen, da Universidade de Michigan, que transforma movimentos corporais complexos em formas. “Esse algoritmo nos permite criar uma relação simples entre a postura em que você está e para onde irá se mover em seguida”, disse Gravish.
Os pesquisadores descobriram que os mesmos algoritmos poderiam ser aplicados tanto às formigas quanto aos diferentes tipos de robôs no estudo, embora às vezes estivessem envolvidos diferentes números de pernas. E a quantidade de movimento de deslizamento também foi muito diferente quando os animais e os robôs estavam andando. As formigas argentinas não escorregam muito quando andam – apenas 4,7% do movimento total. Por outro lado, o escorregamento ocorreu em 12 a 22 por cento do movimento no robô BigANT de seis pernas e em 40 a 100 por cento nos robôs multipé com seis a 12 pernas no estudo.
Ao utilizar um modelo baseado nos algoritmos acima mencionados, os especialistas poderiam prever para onde o inseto ou robô iria se mover em seguida, simplesmente com base na postura – ou forma – que ele está fazendo com seu corpo. “Isso fornece um modelo universal de localização que se aplica sempre que o movimento é dominado pelo atrito com o meio ambiente”, escreveram os pesquisadores.
A matemática usada pelos pesquisadores não é nova, mas entendia-se que ela se aplicava apenas a movimentos de deslizamento e natação em líquidos viscosos. A equipe mostrou que as mesmas equações se aplicam à caminhada com múltiplas pernas, estejam os caminhantes escorregando ou não. Além disso, as mesmas regras se aplicam desde insetos em escala milimétrica, como formigas, até robôs em escala métrica.
“A universalidade desta abordagem pode ter aplicações no design de robôs e no planejamento de movimento, e fornece informações sobre a evolução e o controle da locomoção das pernas”, escreveram os pesquisadores.
Por exemplo, estes princípios universais podem ter implicações para a compreensão das principais transições evolutivas, por exemplo, da natação para a caminhada, dizem os autores. Dado que caminhar, mesmo escorregando, segue os mesmos princípios gerais de controle da natação viscosa, os primeiros animais terrestres talvez já tivessem os circuitos neurais necessários para a locomoção em terra.
A equipe não estudou a locomoção em animais bípedes ou robôs, mas o modelo se aplicaria igualmente a estes, desde que se movessem lentamente, tivessem os dois pés no chão ao mesmo tempo e não caíssem. Os pesquisadores precisam fazer mais ajustes para compreender outros fatores, como o papel que as forças de atrito desempenham no modelo.
Concluindo, Gavish diz: “De qualquer forma, caminhar pode ser muito mais simples do que normalmente pensamos”.
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Por Alison Bosman, Naturlink Funcionário escritor
