Estes robôs se orientam de acordo com as silhuetas de seus vizinhos, que podem parecer maiores, menores ou se mover no campo visual. Este estudo mostra que os robôs reproduzem fielmente os movimentos coletivos observados nos animais.
a) O movimento coletivo giratório é reproduzido pelos robôs esféricos.
b) A visão primária das silhuetas vizinhas é emulada em cada robô.
c) As silhuetas percebidas podem aumentar, diminuir ou desfilar no campo visual.
d) A adição de uma âncora permite conter o movimento coletivo robótico num espaço limitado.
© Castro, Eloy, Ruffier (Creative Commons Attribution 4.0)
Inspirando-se nos movimentos coletivos dos animais...
Imagine um bando de pássaros cruzando o céu ou um cardume de peixes nadando em perfeita harmonia. Esses movimentos fascinantes, estudados há muito tempo por cientistas, agora podem ser reproduzidos em simulação e com robôs, usando apenas informações visuais.
Esses movimentos são chamados de movimentos coletivos. Tradicionalmente, esses movimentos foram modelados sem levar em conta o sistema visual biológico (ou a visão natural) dos indivíduos. Assim, a maioria dos modelos se baseia no conhecimento da distância entre vizinhos, o que não ocorre nos animais.
... para criar um novo modelo...
Num artigo publicado na revista Bioinspiration & Biomimetics, cientistas desenvolveram um novo modelo. Ele não se baseia em medidas artificiais de distância, mas utiliza, como os animais, pistas visuais primárias para aplicar um conjunto de quatro regras que são seguidas independentemente por todos os membros do grupo.
Este modelo pressupõe que cada indivíduo vê apenas as silhuetas formadas pelos outros, sem reconhecer os indivíduos em si. Eles são representados por sua silhueta no campo visual de cada indivíduo, criando assim pistas visuais primárias quando as silhuetas se movem.
As quatro regras são as seguintes:
- Atração: esta regra representa o desejo natural do grupo de permanecer unido. Sem atração, os indivíduos se afastariam uns dos outros. Ela é implementada considerando o tamanho óptico de cada silhueta.
- Alinhamento: esta regra reflete a tendência do grupo de se mover na mesma direção. Sem alinhamento, os indivíduos teriam dificuldade em seguir o grupo. Ela funciona medindo o chamado "fluxo óptico", que descreve o desfile visual ao redor do indivíduo.
- Evitação: esta regra, introduzida para evitar colisões entre robôs, reflete a tendência individual de evitar outros robôs próximos. Ela é implementada modificando a atração com base num limiar sobre o tamanho óptico de cada silhueta.
- Ancoragem: esta regra foi adicionada porque o espaço disponível para um experimento robótico é sempre limitado. Ela reflete o confinamento dos grupos a um local específico. Esta regra funciona de forma similar à regra de atração, mas sobre um local virtualmente definido.
A implementação robótica introduz um atraso entre o comando enviado ao robô e o início de seu movimento: este atraso também foi integrado à simulação para manter a comparabilidade.
... avançando a robótica autônoma.
Estes trabalhos utilizam um modelo visual de movimento coletivo com robôs esféricos, onde a visão de cada robô é emulada. Assim, os robôs reproduzem esses comportamentos coletivos com um grupo de 10 robôs esféricos independentes. Este modelo também permitiu preencher a lacuna entre a simulação e os experimentos robóticos. De fato, a experimentação robótica sempre traz incertezas difíceis de modelar com precisão. Aqui, os comportamentos coletivos simulados e robóticos são quase idênticos, mesmo sendo conduzidos exatamente pelo mesmo modelo visual.
Em conclusão, este modelo visual mínimo de movimento coletivo é suficiente para recriar a maioria dos comportamentos coletivos com robôs esféricos, que se comportam de forma análoga às simulações numéricas. Este trabalho representa um avanço para a robótica autônoma, com aplicações potenciais em robótica de enxame, missões de busca e resgate, e sistemas de vigilância automatizados.