A robótica móvel, nos últimos anos, vem crescendo vertiginosamente. Derivado da robótica industrial, os sistemas robóticos ganharam espaço, podendo ser aplicados em várias áreas, como segurança, defesa, saúde, meio ambiente, educação, e muitos outros.
O Laboratório de Sistemas Computacionais Autônomos (LAB-SCA) do ITA, inaugurado em 2015, nasceu com o objetivo de realizar pesquisas na área de sistemas autônomos, com ênfase, principalmente, em robótica móvel (dispositivo capaz de se movimentar e interagir em determinados ambientes).
Existem alguns exemplos de robôs móveis encontrados facilmente no mercado, sendo os robôs de terra, que normalmente possuem rodas, ou pernas (humanoides); os aéreos, como os veículos aéreos não tripulados (VANTs); e os que são de uso subaquático, chamados de veículos subaquáticos autônomos (AUVs).
De acordo com o professor Marcos Máximo, da Divisão de Ciências da Computação do ITA e um dos pesquisadores responsáveis pelo laboratório, os robôs móveis são uma tendência para o futuro. “Chegará um momento que robôs humanoides farão parte do nosso cotidiano, tanto em casa quanto no ambiente profissional. O potencial de uso dessa tecnologia é enorme, sobretudo para executar tarefas perigosas que não gostaríamos que um ser humano executasse”, comenta.
A forma humanoide torna esses robôs naturalmente adaptados ao mundo atual, permitindo que usem construções, utensílios e até veículos. Entretanto, existem ainda barreiras técnicas que impedem que robôs humanoides possuam habilidades satisfatórias para executarem tarefas que seres humanos realizam com facilidade. “Isso se refere não apenas a habilidades que exigem alta capacidade cognitiva, mas também a habilidades motoras que consideramos simples, como andar e manipular objetos”, complementa o professor.
Além das pesquisas, o LAB-SCA também atua no ensino, que começou com a disciplina “Projetos de Robótica Móvel”, ministrada pela primeira vez em 2016. Vários projetos são desenvolvidos no laboratório, dentre eles o ITAndroids; o Detecção e remoção de detritos em pista de pouso utilizando o robô Husky; o Reconstrução da geometria de ambientes utilizando robôs móveis, câmera 360 graus e laser; e um outro projeto em desenvolvimento na área de robótica móvel.
Robótica Móvel
A disponibilidade de dispositivos robóticos robustos e com baixo consumo de energia impulsiona o seu uso em diversas aplicações, algumas das quais impraticáveis num passado recente, devido a restrições do ambiente ou por apresentarem riscos aos seres humanos.
Atualmente, robôs podem apoiar atividades de busca e resgate, exploração, vigilância e reconhecimento ou fornecer comunicação a clientes em locais onde não há infraestrutura de rede. Em geral, essas aplicações exigem trabalho eficiente e multiobjetivo, em equipe.
Esse projeto tem como objetivo global projetar e testar, em diferentes cenários, um modelo distribuído para o controle de robôs, levando em consideração a execução de tarefas com objetivos distintos, dependentes do domínio da aplicação.
“Como ponto de partida, nosso grupo de pesquisa já desenvolveu técnicas que combinam manutenção de conectividade e mitigação de falhas considerando equipes de robôs móveis. Essas duas características são especialmente importantes para domínios que demandam a criação de redes de comunicação e, ao mesmo tempo, enfrentam possíveis falhas de robôs que podem levar a fragmentação da rede e, desta forma, penalizar a realização de tarefas que dependem de colaboração”, explica o professor Carlos Henrique Costa Ribeiro, coordenador deste projeto.
Este novo modelo se propõe a estender o modelo atual, podendo ser aplicado em diferentes domínios. A validação do modelo geral será realizada através de ambientes de simulação e, especificamente no caso de cobertura, em um ambiente de robôs reais.
ITAndroids
O projeto ITAndroids, criado em 2005 pelo professor Jackson Matsuura, é um grupo de competições de robótica liderado, atualmente, pelo professor Marcos Máximo. As competições são usadas como motivação para cumprir a missão do projeto, que é ensinar, pesquisas e desenvolver engenharia por meio da robótica.
O grupo possui cerca de 50 membros, entre professores, alunos de graduação, alunos de pós-graduação e ex-alunos. Cinco projetos estão em execução pelo grupo: Soccer Simulation 2D; Soccer Simulation 3D; Smal Size; Very Small Size; e Humanoide.
“Todos estes projetos têm como base o desenvolvimento de robôs autônomos e estão ligados a categorias da competição mundial RoboCup ou da Competição Latino-Americana de Robótica (LARC), que são as competições que participamos. Nós adotamos a abordagem de desenvolver tanto o software quanto o hardware, envolvendo diversas disciplinas da engenharia, as quais dividimos internamente entre mecânica, eletrônica, computação, controle, processamento de sinais e inteligência artificial”, explica Máximo.
Um dos destaques este ano foi o projeto e construção dos robôs humanoides de modelo Chape. A mecânica e a eletrônica do robô foram completamente projetadas pela equipe. Além disso, as quatro unidades do Chape foram principalmente confeccionadas em laboratórios do ITA. A construção também contou com a ajuda de serviços de patrocinadores, como as empresas Micropress, que confeccionou as placas eletrônicas, e Metinjo, que anodizou as peças metálicas. O software também foi desenvolvido pela equipe, o que incluiu a comunicação com o hardware, o controle de movimentos, a visão computacional, o algoritmo de localização no campo e a tomada de decisões.
RoboCup 2017
Em agosto deste ano, a equipe ITAndroids retornou de Nagoya, Japão, onde aconteceu Robocup 2017, na qual a equipe conseguiu participar efetivamente. A Robocup é a Copa do Mundo da Robótica. Para esta edição, a equipe enviou 12 membros e o desempenho foi marcante.
Na categoria Soccer 3D Simulation, um ambiente simulado de robôs humanoides jogadores de futebol, a equipe conquistou o 9º lugar mundial, consagrados como uma das duas únicas equipes latino-americanas que conseguiram alcançar tal colocação. "Nossas otimizações melhoraram muito o desempenho da equipe, e acreditamos que investir nelas enquanto colhemos estatísticas das partidas simuladas nos nossos treinamentos vão nos fazer crescer cada vez mais", disse Luckeciano Melo, aluno de graduação e mestrando de Engenharia de Computação no ITA, membro da categoria Soccer 3D.
Já no Soccer 2D Simulation, categoria simulada de pequenos discos inteligentes e autônomos, a ITAndroids conseguiu a 15º colocação mundial e o 1º lugar da América Latina. "Esse ano, as mudanças das regras da versão do sistema operacional usado prejudicaram nossa equipe. Porém, fomos capazes de identificar nossas falhas. Pretendemos melhorar nossa estrutura de código e vir com tudo ano que vem", afirmou Felipe Vieira Coimbra, líder da categoria Soccer 2D.
Por fim, teve a equipe Humanoid Kid Size, um futebol real com pequenos robôs humanoides de cerca de 40 cm de altura, representada pelos robôs Darwin e Chape. Esse último foi construído totalmente pela ITAndroids, cujo nome é uma homenagem ao time brasileiro da Chapecoense. Mesmo com todo o trabalho dos membros, a equipe foi eliminada nas oitavas de final e acabou na 14º colocação. "Apesar de não ter ficado muito em cima na classificação, éramos estreantes e competir já foi uma conquista imensa para nós. Vamos manter o ritmo de produção e voltar com tudo ano que vem", afirma Igor Silva, aluno do segundo ano do ITA e líder da equipe Humanoid.
O desenvolvimento de robôs humanoides jogadores de futebol ainda é novidade no cenário mundial, tanto prático quanto acadêmico. Replicar os movimentos e funções básicas de um ser humano, como andar, chutar ou mesmo enxergar a bola, envolve desafios de pesquisa, resultando em artigos científicos, iniciações científicas, trabalhos de graduação, dissertações de mestrado e teses de doutorado.
O maior objetivo da equipe com tudo isso? Todos os membros concordam que é o ganho intelectual. O legado levado de competições como essa são o espírito de equipe e os bons resultados trazidos pelo esforço e dedicação de fazer projetos de engenharia com excelência. “A principal missão da ITAndroids é contribuir na formação de futuros engenheiros. Durante a minha graduação no ITA, eu participei de iniciativas, incluindo a ITAndroids, as quais se mostraram experiências valiosíssimas posteriormente quando trabalhei na indústria. De fato, o ambiente de um projeto da ITAndroids é semelhante ao de um projeto real de Engenharia. Assim, a ITAndroids é um importante complemento à formação teórica do curso do ITA”, afirma Máximo.
“Embora pequeno, o robô Chape utiliza tecnologias avançadas em sua construção, no mesmo nível das melhores equipes. O contato com essas tecnologias representa uma experiência incomensurável para os alunos, além da oportunidade de representar nosso país numa competição contra os melhores laboratórios de pesquisa do mundo. Isso só é possível graças aos nossos patrocinadores e ao apoio financeiro da ITAEx e do ITA, já que nossos projetos possuem um custo altíssimo, de milhares de dólares”, finalizou.