Robô evolucionário aprende a andar alterando o próprio corpo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/01/2011

Este é um robô simplificado, construído para testar na prática os resultados dos algoritmos evolucionários desenvolvidos no ambiente robótico virtual.
[Imagem: Josh Bongard]

Quer construir um robô realmente robusto, capaz de resistir às mais duras exigências?

Então é melhor esquecer o Exterminador do Futuro e se preparar para observar como um girino aprende a usar pernas para se transformar em um sapo.

Este foi o enfoque da equipe do professor Josh Bongard, da Universidade de Vermont, nos Estados Unidos.

Os pesquisadores criaram robôs virtuais, simulados em computador, e robôs reais que, como os girinos, mudam as formas do próprio corpo enquanto aprendem a andar.

Robótica evolucionária

Este é o princípio da chamada robótica evolucionária, que utiliza algoritmos genéticos, ou evolucionários, para encontrar a forma mais eficiente de resolver um problema - neste caso, como um robô pode andar de forma mais eficiente.

Ao longo das gerações, os robôs simulados evoluíram, passando cada vez menos tempo na sua forma "infantil" de girinos e mais tempo na forma "adulta", com quatro patas.

Mesmo em situações similares, os robôs capazes de evoluir a própria forma aprenderam a andar mais rapidamente do que os robôs com forma fixa.

Além disso, quando atingiram uma forma "definitiva", considerada eficiente pelos pesquisadores, os robôs mutantes desenvolveram um gingado mais robusto, que lhes dá maior equilíbrio - isto foi aferido tentando derrubar os robôs com um varinha enquanto eles andavam: os robôs evolucionários são muito mais difíceis de derrubar.

"Esta pesquisa mostra como a mudança corporal, mudança morfológica, de fato nos ajuda a projetar robôs melhores," disse Bongard. "Isso nunca havia sido tentado antes."

Ambiente virtual robótico

Programar um robô para que ele ande significa enviar comandos precisos, temporizados, para cada um de seus motores e atuadores, tudo na sequência correta. Isto é uma tarefa complicada e extenuante, e nem sempre dá ao robô um andar muito elegante.

O enfoque adotado por Bongard e seus colegas foi automatizar o próprio processo de programar os robôs para andar. Para isso, eles estão criando programas de computador que programam os robôs para fazer uma determinada tarefa.

Esse ambiente virtual robótico - tecnicamente é uma simulação computadorizada - parece-se um pouco com um videogame, onde as diversas gerações das "criaturas" iniciais experimentam movimentos aleatórios.

Inicialmente espasmódicos e irregulares, esses movimentos aos poucos - ao longo de "gerações virtuais" - tornam-se regulares e precisos, até atingir um andar suave e eficiente, ou seja, com o menor gasto possível de energia.

As simulações deram liberdade total para que os robôs se exercitassem e adaptassem o próprio corpo para obter a capacidade de movimento.
[Imagem: Josh Bongard]

Robôs que evoluem

O grande avanço nesta pesquisa é que o robô não aprende simplesmente a movimentar seus membros, ele tem a liberdade para redesenhar o formato do próprio corpo.

"Os robôs têm 12 partes móveis," explica Bongard. "Eles se parecem com o esqueleto simplificado de um mamífero: eles têm uma espinha articulada e então você tem quatro varas salientes - as pernas."

Os cientistas rodaram as mais diversas simulações, com suas criaturas simplificadas partindo de situações nas quais algumas lembravam cobras com pernas, outras se pareciam mais com lagartixas, com as pernas estendidas, enquanto outras já partiam do desenho tradicional de um animal de pé sobre as quatro patas.

Deixando os algoritmos genéticos rodarem à exaustão, os cientistas verificaram que os robôs primeiro resolvem o problema básico de andar e, só depois, passam a aprimorar o jeito de andar, tornando-o mais elegante e eficiente.

"Estamos copiando a natureza, nós estamos copiando a evolução, nós estamos copiando a ciência neural quando enquanto construímos cérebros artificiais para esses robôs," diz o pesquisador.

Evolução acelerada

O ponto que mais se destaca na simulação é que não se trata da "simples" evolução de um cérebro artificial - o controlador da rede neural. Os robôs evoluem em interação contínua com mudanças no formato do seu corpo. Parece-se de fato com uma evolução biológica extremamente acelerada.

Talvez seja por isso que os robôs evolucionários tenham desenvolvido capacidades que não haviam sido projetadas inicialmente pelos pesquisadores, como a capacidade de resistir bravamente à tentativa de derrubá-los.

Veja outras pesquisas desta mesma equipe:

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