A compact multi-legged mobile robot with leg-mounted adhesion mechanisms for climbing walls in narrow spaces

À medida que as cidades envelhecem, os edifícios e pontes que as mantêm unidas começam a mostrar a sua idade. No Japão, a idade média desta infraestrutura está a aumentar rapidamente, criando uma necessidade premente de inspeções e reparações regulares. No entanto, enviar trabalhadores humanos para verificar paredes altas, túneis estreitos ou espaços apertados em torno de maquinaria pesada é perigoso e cada vez mais difícil à medida que a força de trabalho diminui. Para resolver isto, os engenheiros estão a recorrer aos robôs. Embora alguns robôs rolem sobre rodas ou voem como drones, estes métodos têm dificuldades em superfícies irregulares e acidentadas ou em cantos apertados onde obstáculos bloqueiam o seu caminho. Uma solução mais adaptável reside no design de máquinas caminhantes que podem agarrar-se a superfícies verticais, mas construir um robô que consiga escalar uma parede sem cair requer um equilíbrio delicado entre movimento e aderência. O desafio não é apenas colar-se à parede, mas sim mover-se através dela sem arrastar as partes adesivas, o que as arrancaria ou as deixaria para trás.

Investigadores do Instituto de Tecnologia de Muroran desenvolveram um robô compacto de quatro patas concebido especificamente para enfrentar estas tarefas de inspeção difíceis. A sua abordagem combina um mecanismo de caminhada com uma aderência baseada em sucção que funciona em muitos materiais diferentes, desde metal liso a betão rugoso. Ao contrário dos designs anteriores de seis patas, que eram volumosos e limitados na forma como se moviam, este novo robô utiliza uma estrutura de quatro patas mais simples, onde cada pata tem quatro articulações móveis. Esta flexibilidade extra permite ao robô balançar as suas patas livremente, posicionando os pés em novas posições sem ter de arrastar as suas ventosas pela superfície. A equipa focou-se intensamente nos "pés" do robô, testando várias formas e materiais para encontrar aquele que conseguiria suportar o maior peso. Descobriram que uma almofada circular e plana, feita de borracha de uretano, com trinta milímetros de diâmetro, proporcionava a aderência mais forte e fiável. Ao medir cuidadosamente a força desta sucção, garantiram que o robô conseguia agarrar-se com segurança mesmo durante o movimento.

Para garantir que o robô conseguia realmente escalar, a equipa construiu um protótipo e testou a sua capacidade de se mover tanto em pisos planos como em paredes verticais. Programaram a máquina para utilizar um padrão de caminhada diagonal: duas patas ficariam presas à parede para manter o corpo estável, enquanto as outras duas balançariam para a frente ou para trás para encontrar novos pontos de apoio. Este método permitiu ao robô deslocar o seu peso e dar um passo em frente sem perder o equilíbrio. Uma parte crítica do design foi garantir que a almofada de sucção na ponta de cada pata permanecesse perfeitamente plana contra a parede, mesmo quando a pata se movia através de ângulos complexos. Utilizando uma única unidade de pata, os investigadores verificaram que as ligações mecânicas podiam manter a almofada paralela à superfície durante estes movimentos, o que é essencial para manter uma vedação forte. Os testes confirmaram que o robô conseguia mover-se para a frente e para trás numa parede, alternando a sua aderência e balançando as suas patas num ritmo coordenado.

O estudo também olhou para trás, para designs mais antigos, para compreender por que razão ficaram aquém das expectativas. Robôs de seis patas anteriores dependiam de ventosas passivas que não pressionavam com força suficiente contra a parede, levando a uma aderência fraca e a um movimento instável. Esses modelos mais antigos também eram restringidos a movimentos simples de balanço, o que tornava difícil navegar em ambientes complexos. O novo design de quatro patas supera estes problemas ao utilizar uma bomba de vácuo ativa para criar uma força de sucção forte e consistente e ao dar a cada pata mais liberdade de movimento. Embora os testes iniciais tenham sido realizados em painéis de acrílico lisos, os investigadores reconhecem que as paredes do mundo real, muitas vezes feitas de betão rugoso, apresentam um desafio diferente. Eles planeiam testar o robô em superfícies de betão a seguir, para ver como a sucção resiste aos calos e irregularidades encontradas na infraestrutura real. Por agora, os resultados mostram que um robô compacto de quatro patas, com almofadas de sucção cuidadosamente escolhidas, é uma forma viável de inspecionar locais de difícil acesso, oferecendo uma alternativa mais segura e adaptável aos trabalhadores humanos.