Inspirados nos movimentos precisos das formigas, que sabem o caminho que devem percorrer, e das abelhas, que fazem reconhecimento de elementos visuais em rotas, pesquisadores desenvolveram um sistema integrado de navegação associado a um drone. Os cientistas da Universidade de Tecnologia de Delft (TU Delft), na Holanda, escolheram o modelo Bitcraze Crazyflie Brushless, que, somado à ferramenta, pesa 56 gramas. O desafio agora é estabelecer mais autonomia com disponibilidade de memória e de carga — por enquanto esses aspectos estão limitados.
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O artigo sobre o avanço da pesquisa foi publicado na Science Robotics. "Drones são particularmente desafiadores, pois só podem carregar poucos sensores e pouca capacidade de processamento ao voar. Mas isso também significa que será mais fácil implementar nosso método em robôs que suportam maiores cargas", diz Guido De Croon, coautor da pesquisa.
Para estudar alternativas aos desafios, os cientistas montaram uma arena de voo para avaliar a capacidade do robô de percorrer dois caminhos distintos. Foram feitos três testes. No primeiro, o artefato é equipado apenas com odometria (técnica usada para medir a distância percorrida) e mais o uso de giroscópio e acelerômetro). Ele concluiu a ida em forma de "U" (56 metros), mas não consegue retornar por falta de autonomia da bateria.
No segundo teste, a odometria do aparelho é integrada ao homing visual (análise de imagens compactas). Nessas condições, ele completou os caminhos de ida e de volta em forma de "U" (56 metros) e de "S" (40 metros), sem esgotar a bateria. O terceiro teste foi apenas uma simulação de rota em ambiente aberto com o uso da navegação integrada. Diante desses resultados, os cientistas estão convencidos de que o ideal é associar os dois sistemas: odometria e o homing visual.
"Para que forneçam informações de odometria mais úteis, os instrumentos de navegação inercial de drones precisam ser combinados com demais sistemas de registro de trajetória de navegação", relata Paulo Roberto Kurka, pesquisador do Departamento de Sistemas Integrados, da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). "Você pode se imaginar fechando os olhos e acompanhando onde está enquanto caminha. Quanto mais passos der de olhos fechados, menos certeza terá de onde está e talvez queira espiar para saber. É exatamente o que propomos com os instantâneos", resume De Croon.
Menos é mais
O posicionamento estratégico de marcos fotográficos não é o único recurso dos cientistas da TU Delft para poupar espaço de memória. Outra alternativa é o armazenamento compacto, de modo a preservar apenas características das regiões onde a transição de cores ou formas é mais intensa em cada imagem. No final, os instantâneos em preto e branco têm um aspecto pouco discernível para olhos humanos, mas é o suficiente para o processamento do robô encontrar seu caminho.
A aposta é na economia em processamento para navegação de modo a deixar mais espaço para outras ferramentas, como armazenamento de informações de estoque em uma indústria ou da saúde de plantas em uma estufa. Para efeito de comparação, um robô aspirador doméstico utiliza um mecanismo que realiza mais cálculos e utiliza mais espaço, porque faz o mapeamento completo de uma da área a ser limpa (SLAM) e não precisa de mais memória para outras atividades. Assim, a técnica dos pesquisadores de Delft poderia ser comparada a um atalho tecnológico para desenvolver pequenos robôs independentes.
Flávio Vidal, pesquisador do Departamento de Ciências da Computação da Universidade de Brasília (UnB), ressalta que a pouca disponibilidade de bateria do drone ainda é um fator limitador de autonomia. O cientista Guido De Croon assinala que o esforço é tornar o modelo mais robusto e viabilizar diferentes rotas para o retorno, após a implementação das melhorias.
Mil e uma possibilidades
A tecnologia de miniaturização pode ser aplicada nas mais distintas áreas, desde operações de resgate à indústria petrolífera para o monitoramento de locais de risco e de difícil acesso, à indústria bélica e à exploração espacial, segundo os especialistas. Para eles, há, ainda, ganhos colaterais, como a possibilidade de aperfeiçoar o sistema dos automóveis elétricos.
De acordo com os pesquisadores, entre as vantagens, estão o baixo custo e o grande potencial de pequenos robôs como instrumento de coleta de dados essenciais, além do porte e o armazenamento reduzidos que se beneficiam da técnica proposta. Flávio de Barros Vidal, do Departamento de Ciências da Computação (CIC) da UnB, frisa a relevância da miniaturização para o desenvolvimento da robótica, inclusive, para exploração espacial. "Pensando em um ambiente inóspito, o código do robô tem que ser mais enxuto e o uso de energia, super econômico. Em missão no espaço, não há recursos ilimitados para repor baterias, não tem carregador".
Paulo Roberto Kurka, pesquisador do Departamento de Sistemas Integrados da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), aponta limitações da navegação apoiada em elementos externos ao robô, algo que não proporciona total autonomia por exigir comunicação remota constante durante o cumprimento da missão. Ferramentas que apresentam essa limitação são o GPS, que, além disso, não é operacional em ambientes fechados e cânions urbanos. Outra abordagem que Kurka confirma pode ser substituída pela navegação testada em Delft é a aplicação de antenas transmissoras fixas no ambiente de navegação (beacons), alternativa utilizada em automação industrial para rastreamento de produtos e controle de estoque.
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