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Robótica

Inteligentículas: Robôs simples formam um novo tipo de matéria ativa

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/01/2021

Inteligentículas: Robôs simples formam um novo tipo de matéria ativa
As inteligentículas são robôs muito simples, que interagem apenas com seus braços.
[Imagem: Thomas A. Berrueta]

Inteligentículas

Pesquisadores estão propondo um novo princípio pelo qual sistemas de matéria ativa podem se ordenar espontaneamente, sem a necessidade de instruções de nível superior, informações externas ou mesmo qualquer interação programada entre os agentes.

Matéria ativa é qualquer coisa que age por si só, das coisas vivas, como células e animais, aos robôs.

E Pavel Chvykov e seus colegas do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA, demonstraram esse novo princípio em uma variedade de sistemas, incluindo grupos de robôs que mudam de forma periodicamente, que eles batizaram de "inteligentículas", uma mescla da expressão partículas inteligentes.

Matéria ativa

Para entender a importância do novo princípio, é preciso lembrar que a mecânica estatística é o campo de estudo que, desde o século XIX, descreve como partículas simples e inertes transicionam entre a ordem e a desordem, como átomos colidindo entre si de maneira aleatória acabam se juntando em um cristal ordenado e uniforme.

Mas tudo fica mais complicado quando as partículas não são tão simples e nem inertes, como grupos de pássaros, insetos ou robôs voando em formação.

A teoria de Chvykov é que certos tipos de matéria ativa, com dinâmica suficientemente confusa, acabarão encontrando espontaneamente o que ele chama de estados de "baixa agitação", ou baixo "chacoalhamento" - o termo em inglês rattling, neste contexto, é normalmente traduzido como "modos de chocalho".

"O chocalhar é quando a matéria pega a energia fluindo para dentro dela e a transforma em movimento aleatório. O chocalho pode ser maior tanto quando o movimento é mais violento, quanto quando ele é mais aleatório. Por outro lado, um baixo chocalhar ou é muito leve ou é altamente organizado - ou ambos. Então, a ideia é que, se sua matéria e a fonte de energia permitirem um estado de baixo chocalho, o sistema se reorganizará aleatoriamente até encontrar esse estado e então ficará preso lá. Se você fornecer energia por meio de forças com um padrão específico, isso significa que o estado selecionado descobrirá uma maneira de mover a matéria que se ajusta perfeitamente a esse padrão," explicou o professor Jeremy England, um dos orientadores do estudo.

Além de contribuir para o campo da auto-organização, ao explicar a emergência de comportamentos sofisticados entre unidades individuais dotadas de pouca informação ou pouca capacidade de "processamento" - como bactérias, insetos, pássaros e robôs - a nova teoria promete simplificar muito a programação do comportamento de robôs.

Inteligentículas: Robôs simples formam um novo tipo de matéria ativa
Dê tempo aos robôs e eles se organizarão em movimentos complexos que se repetem centenas de vezes, e então "evoluem" para novas danças .
[Imagem: Pavel Chvykov et al. - 10.1126/science.abc6182]

Danças espontâneas

A equipe testou sua teoria usando inteligentículas - robôs muito simples - colocadas dentro de uma caixa.

Em vez de apresentar dinâmicas complicadas e explorar completamente a caixa, os robôs se auto-organizaram espontaneamente em algumas "danças". Por exemplo, uma dança consiste em três robôs batendo nos braços um do outro em sequência. Essas danças persistiram por centenas de interações; então, de repente, a organização perde estabilidade e é substituída por uma dança de padrão diferente.

Os pesquisadores então desenvolveram inteligentículas mais refinadas e com melhor controle. Esses robôs aprimorados permitiram testar os limites da teoria, incluindo como os tipos e o número de danças variam para diferentes padrões de movimento dos braços de cada robô. E eles descobriram como alterar os parâmetros para controlar as danças.

"Ao controlar as sequências de baixos estados de chacoalhamento, fomos capazes de fazer o sistema alcançar configurações que fazem um trabalho útil," disse o pesquisador Thomas Berrueta, acrescentando que a nova teoria terá amplas implicações práticas, para enxames microrrobóticos, matéria ativa e metamateriais.

"Para enxames de robôs, trata-se de obter muitos comportamentos de grupo adaptativos e inteligentes que você pode projetar para serem realizados em um único enxame, mesmo que os robôs individuais sejam relativamente baratos e computacionalmente simples. Para células vivas e novos materiais, trata-se da compreensão sobre o que o 'enxame' de átomos ou proteínas pode lhe dar no que diz respeito a novos materiais ou propriedades computacionais," acrescentou o professor England.

Bibliografia:

Artigo: Low rattling: A predictive principle for self-organization in active collectives
Autores: Pavel Chvykov, Thomas A. Berrueta, Akash Vardhan, William Savoie, Alexander Samland, Todd D. Murphey, Kurt Wiesenfeld, Daniel I. Goldman, Jeremy L. England
Revista: Science
Vol.: 371, Issue 6524, pp. 90-95
DOI: 10.1126/science.abc6182
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