Robótica
Robótica é um ramo educacional e tecnológico que engloba toda a historia educacional e tecnológica [1][2][3] que engloba computadores, robôs e computação, que trata de sistemas compostos por partes mecânicas automáticas e controladas por circuitos integrados, tornando sistemas mecânicos motorizados, controlados manualmente ou automaticamente por circuitos eléctricos.
Cada vez mais as pessoas utilizam os robôs para suas tarefas. Esta tecnologia, hoje adaptada por muitas fábricas e indústrias, tem obtido, de modo geral, êxito em questões como redução de custos, aumento de produtividade e vários problemas trabalhistas com funcionários. Contudo, apesar das vantagens, os robôs acabam trazendo outros problemas específicos, como a demissão de vários funcionários humanos.
Etimologia e história do termo
O termo robô foi pela primeira vez usado pelo checo Karel Capek (1890-1938) na peça de teatro R.U.R. (Rossum's Universal Robots, cujo livro foi lançado no Brasil pela editora Hedra com o título A Fábrica de Robôs),[4] estreada em janeiro de 1921 em Praga.[5] Inicialmente Capek estava decidido a chamar as criaturas automatas da sua peça de labori, em clara referência ao latin labor, "trabalho", mas acatou a sugestão de seu irmão e os chamou de roboti (plural).
A palavra robô, derivada de robot/roboti (singular/plural) tem como raiz a palavra checa robota, a qual significa "trabalho forçado, servidão" e tem como uma de suas derivações a palavra rabu, que significa "escravo".[6]
O termo robótica foi popularizado pelo escritor de ficção cientifica Isaac Asimov, no seu livro I, Robot, de 1950. Neste livro, Asimov criou as Leis da robótica, que, segundo ele, regeriam os robôs no futuro:
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Um robô não pode ferir um ser humano ou, por ócio, permitir que um ser humano sofra algum mal..
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Um robô deve obedecer às ordens que lhe sejam dadas por seres humanos, exceto nos casos em que tais ordens contrariem a Primeira Lei.
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Um robô deve proteger sua própria existência, desde que tal proteção não entre em conflito com a Primeira e Segunda Leis.
A ideia de se construir robôs começou a tomar força no início do século XX com a necessidade de aumentar a produtividade e melhorar a qualidade dos produtos. É nesta época que o robô industrial encontrou suas primeiras aplicações, o pai da robótica industrial foi George Devol. Devido aos inúmeros recursos que os sistemas de microcomputadores nos oferece, a robótica atravessa uma época de contínuo crescimento que permitirá, em um curto espaço de tempo, o desenvolvimento de robôs inteligentes fazendo assim a ficção do homem antigo se tornar a realidade do homem atual.
Aplicações
A robótica tem possibilitado às empresas redução de custos com o operariado e um significativo aumento na produção. O país que mais tem investido na robotização das atividades industriais é o Japão, um exemplo disso observa-se na Toyota. Porém há um ponto negativo nisso tudo. Ao mesmo tempo que a robótica beneficia as empresas diminuindo gastos e agilizando processos, ela cria o desemprego estrutural, que é aquele que não gerado por crises econômicas, mas pela substituição do trabalho humano por máquinas.
Ressalta-se entretanto que há alguns ramos da robótica que geram impacto social positivo.
Quando um robô é na realidade uma ferramenta para preservar o ser humano, como robôs bombeiros (em português), submarinos, cirurgiões, entre outros tipos. O robô pode auxiliar a reintegrar algum profissional que teve parte de suas capacidades motoras reduzidas devido a doença ou acidente e, a partir utilização da ferramenta robótica ser reintegrado ao mercado. Além disto, estas ferramentas permitem que seja preservada a vida do operador.
A robótica é usada em várias áreas, como na nanotecnologia (para a construção de nanorrobôs, a fim de realizar operações em seres humanos sem necessidade de anestesias), na produção industrial (para a produção e desenvolvimento de mercadorias) e na produção de dummys (para testes de colisões de carros).
Robótica coletiva
A robótica de enxame trabalha com robôs pequenos e simples onde o objetivo é a otimização da realização de tarefas coletivas complexas.[7][8][9][10]
O fenômeno da robotização
Ver artigo principal: Robotização
Robotização é o nome dado ao processo que envolve a implementação de ferramentas tecnológicas que possibilitem a automação de tarefas outrora executadas por humanos, de forma que tais atividades passem a ser executadas por meio de robôs.[11]
A tecnologia envolvendo a robotização das indústrias é altamente sofisticada e requer elevado grau de conhecimento e altos níveis de desenvolvimento técnico-científico. Dentre as áreas mais comumente robotizadas, temos a indústria automobilística, o setor computacional e as atividades médico-hospitalares.[12]
Robô Industrial
Um robô industrial é oficialmente definido pela ISO como um "manipulador multipropósito controlado automaticamente, reprogramável, programável em três ou mais eixos". O campo da robótica industrial pode ser definido como o estudo, desenvolvimento e uso de sistemas robóticos para a manufatura (uma definição de alto-nível baseada na definição anterior de robô).
As aplicações típicas dos robôs industriais incluem fundição, pintura, soldagem, montagem, movimentação de cargas, inspeção de produtos, e realização de teste, tudo realizado com uma precisão, velocidade, e robustez relativamente elevadas.
Tipos de robôs industriais
As configurações de robôs utilizadas mais usualmente na automação industrial incluem os robôs articulados (o tipo mais comum), os robôs SCARA, e os robôs cartesianos (também conhecidos como robôs x-y-z). No contexto da robótica geral, a maior parte dos robôs industriais seria categorizada como braços robóticos (inerente no uso da palavra "manipulador" mencionada na definição da ISO).
Os robôs industriais possuem diferentes níveis de autonomia. Alguns robôs são programados para realizarem ações repetidamente sem nenhuma variação, com um nível elevado de precisão. Estas ações são determinadas por rotinas pré-programadas que especificam a direção, aceleração, velocidade e distância de uma série de movimentos coordenados. Outros são mais flexíveis com relação à orientação do objeto em que trabalham ou com o trabalho que realizam sobre o objeto, o qual pode eventualmente ser identificado pelo robô. Por exemplo, para uma orientação mais precisa, os robôs geralmente contém câmeras, ligadas a computadores ou controladores. A inteligência artificial, e suas variações, possui uma importância crescente nos robôs industriais modernos.
História da robótica industrial
George Devol recebeu as primeiras patentes sobre robótica em 1954. A primeira companhia a produzir um robô industrial foi a Unimation, fundada por George Devol e Joseph F. Engelberger em 1956, sendo baseada nas patentes originais de Devel. Os robôs da Unimation também eram chamados de "máquinas de transferência programadas", visto que sua principal função era a transferência de objetos de um ponto a outro. Elas utilizavam atuadoreshidráulicos e eram programados com "conjuntos de coordenadas", podemos considerar como exemplo um robô em que os ângulos de todas as juntas são armazenados durande uma fase de aprendizagem, e então repetidos durante a operação normal.
Por muito tempo o único concorrente da Unimation foi a Cincinnati Milacron, de Ohio. Isto mudou radicalmente durante os anos 70, quando um grande número de conglomerados japoneses começou a produzir robôs industriais similares. A Unimation havia obtido patentes nos Estados Unidos, porém não as obteve no Japão, que se recusou a seguir as leis de patentes internacionais, de modo que os projetos foram copiados.
Em 1969 Victor Motta inventou o Robô de Stanford na Universidade de Stanford, um robô articulado de 6 eixos, totalmente elétrico, projetado de modo a permitir um solução utilizando a anatomia de um braço. Isto permitiu que o robô fosse capaz de seguir precisamente caminhos arbitrários no espaço e aumentou as possibidades de utilizar robôs em aplicações mais sofisticadas tais como montagem e soldagem.
Scheinman em seguida projetou um segundo braço para o MIT AI Lab, chamado de "braço do MIT". Sheinman vendeu seus projetos para a Unimation, a qual o desenvolveu com o auxílio da General Motors e posteriormente o comercializou como a Máquina Programável Universal para Montagem (PUMA). Em 1973, a KUKA construiu seu primeiro robô industrial, conhecido com FAMULUS, sendo este o primeiro robô industrial articulado a possuir seis eixos controlados eletronicamente.
O interesse na robôtica industrial aumentou no final dos anos 70 e muitas companhias entraram no campo, incluindo grandes empresas como a General Electric e a General Motors (que formaram o empreeendimento FANUC Robotics junto com a FANUC do Japão). Dentre as empresas norte-americanas temos a Automatix e a Adept Technology. No momento mais intenso do crescimento da robôtica em 1984, a Unimation foi comprada pela Westinghouse por 107 milhões de dólares. A Westinghouse vendeu a Unimation para a Stäubli Faverges SCA, da França, em 1988. A Stäubli ainda fabricava robôs articulados para a indústria em geral e aplicações de limpeza até o ano de 2004 e havia inclusive comprado a divisão de robôtica da Bosch no mesmo ano.
Eventualmente a visão limitada da indústria americana foi substituida pelos recursos financeiros e grande mercado interno usufruido pelas indústrias japonesas. Apenas um pequeno número de companhias não-japonesas foram capazes de se manter nesta área, incluindo a Adept Technology, a Stäubli-Unimation, a companhia Sueca-Suíça ABB (ASEA Brown-Boveri), a companhia italianaCOMAU (pertencente ao Grupo Fiat), a construtora da Áustria igm Robotersysteme AG e a companhia Alemã KUKA Robotics.
Descrição técnica
Definição de parâmetros
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número de eixos – o número de graus de liberdade de um robô. Dois eixos são necessários para se alcançar qualquer ponto em um plano, três eixos são necessários para se alcançar qualquer ponto no espaço. Para controlar completamente a orientação do extremo de um braço, outros três eixos (dois sentidos de giro e aperto) podem ser necessários. Alguns projetos, como o robô SCARA, possuem limitações nas suas possibilidades de movimento por motivos de custo, velocidade e precisão.
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cinemática – a disposição dos membros e juntas em um robô, a qual que determina os posssíveis movimentos do mesmo. As categorias cinemáticas dos robôs incluem articulados, cartesianos, paralelos e SCARA.
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ambiente de trabalho – a região do espaço que um robô pode alcançar.
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capacidade de carga – quanto peso um robô pode levantar.
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velocidade – rapidez com que um robô pode posicionar o extremo de seu braço.
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precisão – o quão próximo da posição desejada o robô pode alcançar. A precisão pode variar com a velocidade e a posição no ambiente de trabalho. Ela pode ser aumentada através da calibração.
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controle dos movimentos – para algumas aplicações, tais como montagens repetitivas, o robô precisa apenas executar repetidamente um número limitado de posições pré-programadas. Para aplicações mais sofisitcadas, tais como a soldagem, o movimento deve ser continuamente controlado para que se siga um caminho no espaço, com a velocidade e orientação controlados.
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fonte de energia – alguns robôs utilizam motores elétricos, enquanto outros utilizam atuadores hidráulicos. O primeiro é mais rápido, enquanto o segundo é mais forte e vantajoso em aplicações tais como pintura com spray, onde uma faísca poderia causar uma explosão.
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acoplamento – alguns robôs conectam os motores elétricos às juntas através de caixas de redução, outro conectam os motores diretamente às juntas (acomplamento direto).
Programação dos robôs
A configuração ou programação dos movimentos e sequências de um robô industrial é tipicamente inserida conectando-se o controlador do robô através de um cabo de comunicações à Ethernet, FireWire, USB ou porta serial de um computador. O computador possui instalado um software de interface correspondente. O uso do computador simplifica significativamente o processo de programação. Um software de robótica é rodado no controlador do robô, no computador ou em ambos, dependendo do sistema utilizado. O PC é comumente desconectado após a programação e então o robo utiliza o programa que foi instalado em seu controlador.
Além disso, os operadores de máquinas comumente utilizam dispositivos de interface homem-máquina, tipicamente telas sensíveis ao toque (touch screen), que servem como o painel de controle do operador. O operador pode trocar ou ajustar o programa, e também operar um controlador dos dispositivos periféricos que pode ser integrado ao mesmo sistema robótico. Estes dispositivos periféficos incluem manipuladores para agarrar objetos, geralmente através de vácuo ou de dispositivos eletromecânicos ou pneumáticos. Também estão incluídos os controles de parada de emergência, os sistemas de visão, travas de segurança, impressoras de código de barras e uma série de outros dispositivos industriais que são acessados e controlados através do painel de controle do operador.
Movimento e singularidades
A maior parte dos robôs articulados trabalha armazenando uma série de posições na memória, e movimentado-se para elas várias vezes dentro de sua programação. Por exemplo, um robô que possui a função de mover objetos de um lugar a outro pode possuir um programa simples, como o exemplo a seguir (chamado comumente de programa "pick and place"):
Define pontos P1-P5:
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Acima da peça de trabalho com segurança
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10 cm acima do recipiente A
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Em posição para atuar no recipiente A
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10 cm acima do recipiente B
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Em posição para atuar no recipiente B
Define programa:
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Move para P1
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Move para P2
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Move para P3
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Fecha manipulador
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Move para P4
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Move para P5
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Abre manipulador
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Move para P1 e encerra
Para um robô, em geral os únicos parametros necessários para localizar seu manipulador completamente são os ângulos de cada uma das juntas ou a disposição dos eixos lineares (ou uma combinação dos dois, em robôs como o SCARA). Entretanto existem muitas maneiras diferentes de se definir os pontos. O modo mais comum e mais conveniente de se definir um ponto é especificar suas coordenadas cartesianas, como por exemplo a posição do manipulador nas direções X, Y e Z em mm.
Adicionalmente os ângulos do manipulador e o comprimento da ferramenta utilizadas também devem ser especificados, dependendo dos tipos de juntas que um robô em particular pode possuir. Para um robô com juntas estas coordenadas devem ser convertidas para os ângulos de suas juntas através do controlador do robô, sendo tais conversões conhecidas com Transformações Cartesianas, as quais podem vir a ser realizadas iterativamente ou recursivamente em um robô com múltiplos eixos. A matemática das relações entre os ângulos das juntas e as coordenadas espaciais atuais é chamada de cinemática.
O posicionamento através das coordenadas cartesianas pode ser realizado inserindo-se estas no sistema ou utilizando-se um equipamento de ensino que move o robô nas direções X-Y-Z. É muito mais fácil para o ser humano visualizar os movimentos de cima/baixo, esquerda/direita e etc, do que mover cada junta individualmente. Quando a posição desejada é atingida ela é definida de uma maneira peculiar ao software do robô em uso, como por exemplo os pontos P1-P5 acima.
Desenvolvimentos recentes e futuros
Atualmente (início de 2007), a indústria de braços robóticos esta chegando a um estado de maturidade, no qual ela pode prover velocidade, precisão e facilidade de uso suficientes para a maior parte das aplicações. O controle por vídeo vem aumentando enormemente a flexibilidade das unidades robóticas. A parte que atualmente ainda apresenta pouca flexibilidade é a mão, o manipulador fixado aos robôs é comumente uma simples garra pneumática de duas posições. Isto não permite que um robô manipule facilmente diferentes componentes, em orientações diversas.
Junto com o aumento de aplicações para dispositivos programados, a calibração dos robôs está se tornando cada vez mais importante, de modo a garantir uma boa precisão no posicionamento.
Outros desenvolvimentos incluem a redução no tamanho dos braços industriais para as aplicações voltadas ao consumiudos e a utização dos robôs industriais em combinação com veículos guiados automaticamente (AGVs) mais inteligentes, de modo a tornar a cadeia de automação mais flexível.
Construtoras de robôs industriais
Robô Autônomo
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Robôs autônomos são robôs que podem realizar os objetivos desejados em ambientes desestruturados sem a ajuda humana. Muitos tipos de robôs são autônomos em certos níveis. Diferentes tipos de robôs podem ser autônomos de diferentes formas. Um alto nível de autonomia é particularmente desejado em campos como a exploração espacial, onde a comunicação possui atrasos e as interrupções são inevitáveis.
Algum robôs de fábrica modernos são "autônomos" com as limitações de seu ambiente normal. Talvez não existam todos os níveis de liberdade no ambiente ao seu redor, mas o ambiente de trabalho de uma fábrica é complexo e pode ser imprevisível e até mesmo caótico. A orientação e posição exata do próximo objeto a trabalhar e (em algumas fábricas avançadas) até mesmo o tipo do objeto e o trabalho requerido devem ser determinados. Isto pode variar imprevisivelmente (ao menos no ponto de vista de um robô). Desde o começo, os robôs de fábricas não foram sujeitos à continua ajuda humana ou às vezes, nenhuma ajuda.
Uma área importante da pesquisa em robótica é permitir ao robô cooperar com o seu ambiente independente se este ambiente é terra, água, cavernas ou no espaço.
Um robô totalmente autônomo no mundo real tem a habilidade de:
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Receber informações do seu ambiente.
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Trabalhar por meses ou anos sem nenhuma interferência humana.
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Se deslocar do ponto A ao ponto B, sem assistência de navegação humana.
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Evitar situações que são perigosas para as pessoas.
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Reparar-se sem ajuda externa.
Um robô também pode ser capaz de aprender autonomamente. O aprendizado autônomo inclui:
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Aprender ou ganhar novas capacidades sem assistência externa.
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Ajustar suas estratégias baseados nos arredores.
Grande parte dos robôs autônomos ainda requerem manutenção regular, assim como outras máquinas.
Auto-Manutenção[editar | editar código-fonte]
O primeiro requerimento para a autonomia física é a habilidade de um robô de tomar cuidado de si mesmo. O exemplo mais básico de auto-manutenção é encontrar um local de recarga para se recarregar ou trocar suas baterias se necessário. Uma vez que isso é feito, os robôs sociais podem funcionar e interagir sem nenhum outro comportamento autônomo adicional. Brinquedos-robôs, por exemplo, estão cada vez mais sofisticados socialmente: um dos exemplos mais avançados é séria de robôs Aibo da Sony, os quais são capazes de se auto-recarregar. Os robôs de performance da Honda estão disponíveis para serem alugados, porém a custos altos.[1]
A auto-manutenção é baseada na "propriocepção", ou a sensação da condição do robô. Muitos robôs tem monitoramento de calor propioceptivo. Alguns robôs podem também sentir se estão equilibrados, molhados, emperrados ou em perigo. Propriocepção era o foco do projeto DARPA Proceptor, incluindo participantes do CMU, SRI, SAIC, ActivMedia Robotics e muitos outro grupos de pesquisa tentando identificar de modo que quando se vê uma árvore ou um lago o robô deve-se circunavegá-la e caso fosse um arbusto ou uma poça ele passasse por cima. Uma propriocepção melhorada será requerida para esse robôs trabalharem autonomamente perto de pessoas e em ambientes duros.
Performance nas tarefas[editar | editar código-fonte]
O próximo passo no comportamento autônomo é atualmente realizar uma tarefa física. Uma nova área que mostrar um futuro comercial é a de robôs domésticos, com uma mangueira ou um pequeno aspirador, começando com a iRobot e a Electrolux em 2002. Enquanto o nível de inteligência não é alto nesses sistemas, eles são capazes de limpar pisos, primeiramente utilizando sensores de toque para os dizer quando mudar de direção. Similarmente, o cortador de grama da Friendly Robotics utilizar um fio que detecta RF. Entretanto, este sistema utiliza algoritmos complexos, ao invés de movimentos aleatórios, para calcular o métodos mais eficiente de cortar toda a grama.
O nível seguinte de tarefa autônomas requer que um robô execute tarefas condicionais. Atualmente, o robô de segurança da MobileRobots pode ser programado para detectar intrusos e responder de uma determinada forma dependendo de onde o intruso estiver.
Localização e navegação em ambientes fechados[editar | editar código-fonte]
Para um robô associar o seu comportamento a um ambiente é necessário que ele saiba aonde está e como navegar de um ponto ao outro. Esse tipo de navegação começou com a ajuda por um fio em 1970 e no começo de 2000 era baseado em triangulação por feixes de luz. Os robôs autônomos comerciais da actualidade navegam baseados em formas de percepção naturais. Os primeiros robôs comerciais a fazerem isso foram o robô de hospital Pyxus' HelpMate e o robô de guarda CyberMotion, ambos desenvolvidos por pioneiros da robótica em 1980. Esses robôs originalmente utilizavam mapas criados manualmente em CAD, sensores ultrassônicos e seguiam as paredes para navegar em construções. A próxima geração, como o PatrolBot da MobileRobots e cadeiras de rodas autônomas, ambos introduzidos em 2004, tiveram a capacidade de criar seus próprios mapas de um prédio, baseados em laser e navegar em áreas abertas e fechadas, como corredores. Seu sistema de controle muda seu caminho automaticamente se algo o bloqueia. Somada a capacidade de controlar elevadores e portas electrónicas, como o SwissLog e outros robôs para ambientes fechados fazem, agora os robôs podem navegar livremente por prédios inteiros. A subida de escada autônoma, no entanto, ainda não foi conseguida em nenhum robô autônomo comercial.
Conforme estas técnicas para ambientes fechados se desenvolvem, os robôs de limpeza não estarão limitados a um único cômodo, mas serão capazes de limpar um andar inteiro sozinhos. Robôs de segurança serão capazes de cooperativamente rodear o intruso e fechar as saídas. Esses robôs também trarão alguns tipos de protecções: os mapas internos dos robôs pode definir "áreas proibidas" para prevenir que os robôs entrem em certas regiões.
Localização e navegação de robôs de ambientes abertos[editar | editar código-fonte]
A autonomia em ambientes abertos é mais facilmente conseguida no ar, já que os obstáculos são raros. Mísseis Cruise são robôs autônomos altamente perigosos. Naves sem piloto são cada vez mais usadas para reconhecimento. Alguns desses veículos aéreos desarmados são capazes de voar toda sua missão sem qualquer ajuda humana exceto na aterrissagem, quando uma pessoa intervém com um controle remoto por rádio. Mas algumas dessas naves são capazes de realizar uma aterrissagem segura e automática também.
A autonomia em ambientes abertos é considerada a mais difícil para veículos terrestres, devido a: a) terreno tridimensional b) grandes diferenças a densidade da superfície c) exigências do clima d) instabilidade do ambiente sentido.
Nos Estados Unidos, o projeto MDARS, que definiu e construiu um protótipo de robô segurança em ambientes abertos em 1990, está agora iniciando a fase de produção e será implementado em 2006. Este robô pode navegar semi-autonomamente e detectar intrusos, usando a arquitetura de software MRHA, planejada para todos os veículos militares desarmados. A MobileRobots.com produzira seu primeiro robô de segurança para ambiente aberto comercial durante o mesmo ano.
Os Mars rovers MER-A e MER-B podem achar a posição do sol e navegar em suas próprias rotas para destinos que podem sempre mudar através de:
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mapeamento da superfície por visão 3-D
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computação das áreas seguras e inseguras com esse campo de visão
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computação dos caminhos ideais através das áreas segurar até o destino desejado
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movimentação através dessa rota calculada
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repetição deste ciclo até que o destino seja atingido, o se chegue à conclusão de que não há caminho conhecido para o destino desejado
O DARPA Grand Challenge é uma tentativa de encorajar o desenvolvimento de mais capacidades autônomas para veículos terrestres.
Defesa e Segurança
http://www.armtecbrasil.com/
Desenho Mecânico, Equipe especializada em desenho mecânico com softwares de alta qualidade
Projetos, Desenvolvimento de Projetos
Consultoria, Consultoria na área de engenharia
Produtos na área de defesa e segurança
SACI 1.5
Sistema de Apoio ao Combate de Incidentes
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Autonomia mínima à plena carga: 3 horas
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Tipo de fluido: água ou espuma
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Tipo de jato: neblina ou sólido
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Seleção de jato: remoto
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Movimentação do Canhão: na vertical - 20º a + 70º; na horizontal 360º
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Distância do operador ao robô: 120m
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Rotação no próprio eixo: esquerda e direita
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Alcance do Jato (sólido a 45º): 60m
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Dimensões:1,40x1,60x1,30m
SACI 2.0
Sistema de Apoio ao Combate de Incidentes
Na versão 2.0 da família de robôs SACI, nascida em 2006, houve a incorporação de novas características funcionais no auxílio ao combate de sinistros e maior facilidade na operação e manutenção. O robô pode ser controlado a cabo ou sem fio, tem capacidade de jato de até 8400l/min (sendo água ou espuma), podendo projetar jatos tipo sólido ou neblina total. O SACI é um veículo terrestre telecomandado a distância e incorpora modernas técnicas de tecnologia de tolerância a falhas e design modular, permitindo um aumento da confiabilidade operacional e redução do tempo de manutenção.
Requisitos funcionais
-
Arquitetura tolerante a falhas com redundância no sistema locomotor
-
Sistema de iluminação própria
-
Tecnologia de construção totalmente modular
-
Autonomia acrescentada em 100% (mínimo de 6h em plena carga)
-
Sistema de carregamento de baterias alocado no carro de transporte
-
Sistema Turbo para aumento da capacidade de tração em momentos críticos
-
Esteira tipo trapezoidal para ultrapassar obstáculos
-
Capacidade de alocar sistemas de canhões de água com vazão até 8400 litros por minuto
-
Dois tanques internos de Líquido Gerador de Espuma (LGE) - com capacidade de 25 litros cada
-
Dimensões: 1,60 x 1,80 x 1,50m
-
Movimentação do canhão: vertical: 20° a 70° e horizontal: 360°
SACI 3.0
Sistema de Apoio ao Combate de Incidentes
Na versão 2.0 da família de robôs SACI, nascida em 2006, houve a incorporação de novas características funcionais no auxílio ao combate de sinistros e maior facilidade na operação e manutenção. O robô pode ser controlado a cabo ou sem fio, tem capacidade de jato de até 8400l/min (sendo água ou espuma), podendo projetar jatos tipo sólido ou neblina total. O SACI é um veículo terrestre telecomandado a distância e incorpora modernas técnicas de tecnologia de tolerância a falhas e design modular, permitindo um aumento da confiabilidade operacional e redução do tempo de manutenção.
Requisitos funcionais
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Arquitetura tolerante a falhas com redundância no sistema locomotor
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Sistema de iluminação própria
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Tecnologia de construção totalmente modular
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Autonomia acrescentada em 100% (mínimo de 6h em plena carga)
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Sistema de carregamento de baterias alocado no carro de transporte
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Sistema Turbo para aumento da capacidade de tração em momentos críticos
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Esteira tipo trapezoidal para ultrapassar obstáculos
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Capacidade de alocar sistemas de canhões de água com vazão até 8400 litros por minuto
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Dois tanques internos de Líquido Gerador de Espuma (LGE) - com capacidade de 25 litros cada
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Dimensões: 1,60 x 1,80 x 1,50m
-
Movimentação do canhão: vertical: 20° a 70° e horizontal: 360°
CACI
Canhão Automático de Combate de Incêndio
O CACI consiste na modificação de canhão de combate a incêndio já existente, de modo a automatizá-lo, permitindo operação remota por meio de controlador específico localizado em sala de controle a ser definida pelo cliente. Dessa forma, evita-se a necessidade do operador do canhão estar presente no local do incêndio, o que permite maior segurança na operação já que o referido operador não estará exposto ao fogo. Opcionalmente, para os casos em que não haja canhões já instalados, a ARMTEC pode fornecer o CACI na forma de canhão especificado pelo cliente e automatizado pela ARMTEC.
CAIPORA
Carro Automatizado Instrumentado para Perícia, Observação, Resgate e Ataque a Artefatos Suspeitos e Cargas Perigosas
O CAIPORA trata-se de um robô com características inovadoras no que compete a detecção, manuseio e desativação de artefatos suspeitos e cargas perigosas, sendo composto por um robô base (plataforma) e dois minirobôs de reconhecimento e observação. O robô base é dotado de um braço articulado, sistema de radiotransmissão multimeio, tecnologia de tolerância a falhas, câmeras com zoom e infravermelho, sistema de iluminação, e estrutura blindada preparada para acoplar outros acessórios. Os minirobôs - um aéreo e outro terrestre multiterreno - são dotados de câmera e possuem sistema de comunicação sem fio com o robô base. Tanto o robô base como os minirobôs são dotados de chave eletrônica com criptografia.
Considerando o projeto que contempla um robô base ao qual podem ser acoplados diferentes módulos funcionais, o CAIPORA é também apropriado para operar como ferramenta investigativa, logística e preventiva para ações que possibilitem risco de incidente ao ser humano, dependendo apenas da utilização de adequado módulo funcional.
Mobilidade
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Capaz de subir escadas de 35º (de acordo com a norma ABNT-9050-31052004), tanto em condição de sol como de chuva
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Capaz de deslocar-se sobre uma superfície de madeira com angulação de 25º, perpendicular à direção do movimento, tanto em condição de sol como de chuva
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Velocidade máxima de pelo menos 2 km/h
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Peso: não maior que 150 Kg, incluindo acessórios
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Capaz de rebocar um veículo suspeito de 2,5 toneladas
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Alimentação elétrica da base independente da alimentação do módulo funcional
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Fixação do módulo funcional à base em até 30 seg
Sistema Manipulador
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Braço manipulador pode girar 360º (180º para cada lado)
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Capacidade: objetos de 4,5 kg a uma distância de 1m do ponto de giro do braço; ou objetos de 8 kg, com o braço manipulador na posição de transporte
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Capaz de disparar contra objeto localizado na posição central debaixo de um veículo cuja altura do solo seja a partir de 20 cm, quando tendo um disruptor acoplado ao braço
Comunicação
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Digital criptografado, incluindo transmissor e receptor de dados digitais (vídeo, dados e comandos entre o robô DME e a estação de controle)
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Alcance: pelo menos 150 m em ambiente urbano; e pelo menos 1.000 m em campo aberto com linha de visada direta
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Equipado com um cabo de fibra óptica (carretel com 200 m) para controle do robô, como alternativa de comunicação
Estação de controle
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Interface usuário-máquina (IHM) em português
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Composta por uma maleta; um notebook; um joystick; um rádio modem; uma antena de curto alcance; uma antena direcional (longo alcance) com tripé; e um sistema de alimentação (baterias)
Sistema de energia
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Não utilizada baterias chumbo-ácido
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Troca de módulos de baterias em não mais do que 5 minutos
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Tempo de recarga para cada módulo de baterias não maior que 5 horas
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Capaz de atender ao seguinte perfil operacional:
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- 4 km de movimentação (em várias velocidades) em superfície plana com pequenos obstáculos
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- 2 horas de trabalho normal com braço manipulador
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- 2 horas em modo de espera
Mobilidade
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Capaz de suportar esforços mecânicos típicos de transporte (ex.: vibração e solavancos), e uso em terreno irregular
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O robô e suas partes devem suportar o efeito do disparo do disruptor
Ambiente climático
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O robô deve operar sem restrições na faixa de temperatura de 0º a 60º C
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O robô deve suportar limpeza por spray de água
Requisitos do sistema
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O projeto do robô contempla técnicas capazes de evitar causas comuns de falhas (ex.: mau contato)
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aso de falta de alimentação ou falha no link de comunicação, o robô deve entrar em parada de emergência, situação na qual não deve ocorrer nenhum movimento não intencional do braço
Nanorrobótica
Os fulerenos são uma forma alotrópica do carbono, a terceira mais estável após o diamante e a grafite. Tornaram-se populares entre os químicos, tanto pela sua beleza estrutural quanto pela sua versatilidade para a síntese de novos compostos químicos e propriedades físicas e químicas específicas. Os fulerenos mais conhecidos são moléculas que possuem 60 átomos de carbono e por isso são representados graficamente como C60.
Nanorrobótica é uma tecnologia que cria máquinas ou robôs à escala de um nanométro (10-9 metros).
Mais especificamente, a nanorobótica é considerada uma área emergente da nanotecnologia, unindo a disciplina de desenho e construção de nanorobôs, nanoeletrônica e biomateriais.
Nanorobôs são dispositivos que variam no tamanho de 0.1-10 micrômetros e construídos à escala nanométrica ou de componentes moleculares.
Vivemos atualmente uma corrida tecnológica em face ao rápido desenvolvimento de nanorobô aplicados a medicina. Tal fato pode ser facilmente constatado dado ao grande volume de patentes registradas por escritórios de advocacia nos Estados Unidos e Europa (USPTO, EP, WIPO), que focam a manufatura e comercialização dessa tecnologia emergente. Esses e outros fatos foram publicados em carta aberta endereçadas ao secretário-geral das Nações Unidas em 2009.[1] Nanorrobótica é também uma tecnologia usada para detecção de bactérias usando anticorpos.[2]
Uma outra definição usada por vezes, refere-se a um robô que permite a interacção da precisão com objectos à escala nanométrica, ou pode manipular com definição a essa escala. Depois desta definição, mesmo um instrumento grande como um microscópio atómico, pode ser considerado um instrumento nanorobótico, quando configurado para executar manipulações à escala nanométrica.
NANOTECNOLOGIA
A nanotecnologia é uma ciência que se dedica ao estudo da manipulação da matéria numa escala atómica e molecular lidando com estruturas entre 1 e 100 nanómetros. Pode ser utilizada em diferentes áreas como, a medicina, eletrónica, ciência da computação, física, química, biologia e engenharia dos materiais.
O princípio básico da nanotecnologia é a construção de estruturas e novos materiais a partir dos átomos. É uma área promissora, mas que dá apenas seus primeiros passos, mostrando, contudo, resultados surpreendentes (na produção de semicondutores, Nanocompósitos, Biomateriais, Chips, entre outros).
Criada no Japão, a nanotecnologia busca inovar invenções, aprimorando-as e proporcionando uma melhor vida ao Homem. Um dos instrumentos utilizados para exploração de materiais nessa escala é o Microscópio eletrônico de varredura (MEV) e o Microscópio de varredura por Tunelamento (STM), que permite a observação de átomos e moléculas ao nível atômico.
O objetivo principal não é chegar a um controle preciso e individual dos átomos, mas elaborar estruturas estáveis com eles. Existe muito debate nas implicações futuras da nanotecnologia, pois os desafios são semelhantes aos de desenvolvimentos de novas tecnologias, incluindo questões sobre a toxidade e impactos ambientais dos nanomateriais,[1] e os efeitos potenciais na economia global, assim como a especulação sobre cenários apocalípticos, (doomsday scenarios). Essas questões levaram ao debate entre grupos e governos a respeito de uma regulação sobre nanotecnologia
O nanômetro (nm)
Ver artigo principal: Nanometro
Richard P. Feynman foi o precursor do conceito da Nanotecnologia, embora não tenha utilizado este termo em sua palestra para a Sociedade Americana de Física, em 29 de dezembro de 1959, onde apresentou pela primeira vez suas ideias acerca do assunto.
A palavra "Nanotecnologia" foi utilizada pela primeira vez pelo professor Norio Taniguchi em 1974 para descrever as tecnologias que permitam a construção de materiais a uma escala de 1 nanômetro.
Para se perceber o que isto significa, considere uma praia de 1000 km de extensão e um grão de areia de 1 mm, este grão está para esta praia como um nanometro está para o metro. Em alguns casos, elementos da escala periódica da química mudam seu estado, ficando até explosivos em escala nanométrica.
A nanotecnologia é a capacidade potencial de criar coisas a partir do menor elemento, usando as técnicas e ferramentas que estão a ser desenvolvidas nos dias de hoje para colocar cada átomo e cada molécula no lugar desejado. Se conseguirmos este sistema de engenharia molecular, o resultado será uma nova revolução industrial. Além disso, teria também importantes consequências econômicas, sociais, ambientais e militares.
Década de 80
Fulerenos, é um membro representante das estruturas de carbono conhecido como fulerenos. Os membros da família fulereno são um tema importante da investigação que recaem sob a égide da nanotecnologia.
Embora a nanotecnologia seja um desenvolvimento recente na pesquisa científica, o desenvolvimento de seus conceitos centrais, vem acontecendo através de um longo período de tempo. A emergência da nanotecnologia na década de 1980 ocorreu-se devido a convergência de avanços experimentais como a invenção do microscópio de varredura de tunelamento em 1981 e na descoberta dos fullerenos em 1985, com o esclarecimento e popularização de um modelo de trabalho para os objetivos da nanotecnologia iniciando com a publicação em 1986 do livro Motores da Criação.
O microscópio de varredura de tunelamento, é um instrumento para visualização de superfícies no nível atômico, foi desenvolvido em 1981 por Gerd Binnig e Heinrich Rohrer no IBM Zurich Research Laboratory, pelo qual eles receberam o prêmio nobel em física em 1986.[2][3] Fulerenos foram descobertos em 1985 por Harry Kroto, Richard Smalley, e Robert Curl, que juntos receberam o Prêmio Nobel em química em 1996.[4][5]
Ao mesmo tempo nos anos 80, o conceito de Nanotecnologia foi popularizado por Eric Drexler por meio do livro "Engines of Creation" (Motores da Criação). Este livro, embora contenha algumas especulações próximas da ficção científica baseou-se no trabalho sério desenvolvido por Drexler enquanto cientista. Drexler foi o primeiro cientista a doutorar-se em nanotecnologia pelo MIT.
Nanotecnologia drexleriana
A Nanotecnologia drexleriana é aquilo a que agora se chama nanotecnologia molecular e que pressupõe a construção átomo a átomo de dispositivos úteis à vida humana. O santo Graal da nanotecnologia drexleriana é o Montador Universal, um dispositivo capaz de, de acordo com as instruções de um programador, construir átomo a átomo qualquer máquina concebível pela mente humana. Drexler tem uma visão a longo prazo da nanotecnologia que prevê o aparecimento de nano-dispositivos de regeneração celular que poderão garantir a regeneração dos tecidos e a imortalidade.
Embora Eric Drexler seja considerado por muitos como o pai da nanotecnologia, a sua abordagem próxima da ficção científica é vista com desconfiança por outros cientistas mais interessados nos aspectos práticos da nanotecnologia. Eric Drexler fundou o "Foresight Institute" e tem-se dedicado à divulgação e desenvolvimento da Nanotecnologia rebatizada de ''''molecular''''
Abordagens
Entretanto a nanotecnologia desenvolveu-se graças aos contributos de várias áreas de investigação.
Existem atualmente 3 abordagens distintas à nanotecnologia: uma abordagem de cima para baixo que consiste na
construção de dispositivos por desgaste de materiais macroscópicos;
a construção de dispositivos que se formam espontaneamente a partir de componentes moleculares;
a de materiais átomo a átomo.
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A primeira abordagem é a utilizada em microelectrônica para produzir chips de computadores e mais recentemente para produzir testes clínicos em miniatura.
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A segunda abordagem recorre às técnicas tradicionais de química e das ciências dos materiais.
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A terceira abordagem é aquela que levará mais tempo a produzir resultados significativos porque requer um controle fino da matéria só possíveis com o aperfeiçoamento da tecnologia.
Utilizações mais radicais
Outras utilizações mais radicais da nanotecnologia, seria a sua utilização nas ciências computacionais,
como por exemplo, na nanofotonica, em que nanocristais seriam criados de modo a permitir
uma capacidade de busca na ordem dos milhares ou dezenas de milhares de bits.
Montador Molecular ou Nanomontador
Um montador molecular ou nanomontador (nanoassem) é uma máquina nanotecnológica de tamanho bastante reduzido capaz de organizar átomos e moléculas de acordo com instruções dadas. Para fazer esta tarefa é necessário energia, suprimento de matéria-prima (building blocks) bem como a programação a ser executada pelo montador.
Um montador molecular pode atuar de forma isolada ou em conjunto com vários outros montadores moleculares. Podendo, neste caso, ser capaz de construir objetos macroscópicos. Para isto é necessário um sistema de comunicação entre os montadores bem como um sistema de organização que permitam que eles trabalhem em conjunto.
Existe a possibilidade de se construir um montador universal. Este teria a capacidade de construir qualquer objeto possível, incluindo um outro montador. Assim este poderia se replicar de forma semelhante aos seres vivos. Uma vez construído o primeiro montador ele poderia se reproduzir várias vezes até o número necessário para executar uma determinada tarefa como, por exemplo, a construção de várias toneladas de um nanomaterial.
Esta capacidade de reprodução é uma das grandes vantagens de um montador molecular e também é um dos seus grandes riscos. Um montador poderia se reproduzir descontroladamente e ameaçar vidas humanas de forma semelhante a epidemias. Um risco poderia ser a colonização de toda a terra por montadores moleculares, extinguindo toda a vida na terra. Só restariam os próprios montadores em uma massa (provavelmente) cinza chamada de "greygoo". Drexler argumenta que este cenário é bastante difícil uma vez que, nenhum ser vivo conhecido consegue se reproduzir além do limite imposto pela quantidade de energia e matéria-prima disponíveis. Apesar disto, especialistas advertem que é necessário tomar precauções, pois os riscos para a saúde humana não são conhecidos.
A construção de um montador molecular ainda está longe de ocorrer. Vários problemas persistem como a dificuldade de trabalhar com átomos individuais necessários para a construção do montador.
Além disto, é difícil modelar o comportamento de objetos complexos em escala nanométrica que obedecem as leis quânticas.
Possíveis problemas
Um dos possíveis problemas é a nanopoluição que é gerada por nanomateriais ou durante a confecção destes. Este tipo de poluição, formada por nanopartícula, podem ser muito perigosas uma vez que flutuem facilmente pelo ar viajando por grandes distâncias. Devido ao seu pequeno tamanho, os nanopoluentes podem entrar nas células de seres humanos, animais e plantas. Como a maioria destes nanopoluentes não existe na natureza, as células provavelmente não terão os meios apropriados de lidar com eles, causando danos ainda não conhecidos. Estes nanopoluentes poderiam se acumular na cadeia alimentar como os metais pesados e o DDT.
A importância para o Brasil e para Portugal
A nanotecnologia é extremamente importante para o Brasil, assim como para Portugal, porque tanto a indústria brasileira como a portuguesa terão de competir internacionalmente com novos produtos para que a economia dos mesmos países se recuperem e retomem o crescimento econômico. Esta competição somente será bem sucedida com produtos e processos inovadores, que se comparem aos melhores que a indústria internacional oferece.
Isto significa que o conteúdo tecnológico dos produtos oferecidos pela indústria brasileira e portuguesa terão de crescer substancialmente nos próximos anos e que a força de trabalho, principalmente brasileira, terá de receber um nível de educação em ciência e Tecnologia muito mais elevado do que o de hoje.
Pelo referido, destaca-se o investimento que está a ser feito em Portugal, na cidade de Braga, com a construção do Laboratório Internacional Ibérico de Nanotecnologia (INL), estrutura que irá dedicar-se à investigação nesta área e que terá um investimento anual de 30 milhões de euros.[6]
Produtos em desenvolvimento
As aplicações mais simples da nanotectologia talvez sejam as mais promissoras. A criação do material mais escuro do mundo, que absorve mais de 99,9% de toda a luz que recebe[7] pode permitir um novo patamar no aproveitamento da radiação solar para geração de energia elétrica. Outra área de desenvolvimento promissor da nanotecnologia é a geração de eletricidade em termopar (Efeito Seebeck) semicondutor.
Semicondutores não são indicados para um termopar de energia elétrica através do calor na escala macroscópica. Sabe-se, contudo, que junções semicondutoras podem gerar energia elétrica através da luz recebida em células fotovoltaicas e nesse sentido estuda-se converter calor diretamente em energia elétrica com semicondutores na escala da nanotecnologia. Na mesma linha estuda-se refrigerar um ambiente através de termopares da nanotecnologia em efeito análogo (Efeito Peltier).
Já se encontra em fase avançada de desenvolvimento os nanofertilizantes em que os agricultores usam a tecnologia aplicada na utilização de fertilizantes e outros insumos.
NANOROBÓTICA
http://www.nanorobotdesign.com/nanorobotica/
CAN Centro para Automação em Nanobiotecnologia
Laboratório de Nanomecatrônica Computacional
As boas perspectivas e o valor estratégico tecnológico de nanotecnologia tem motivado governos dos mais diversos paises em conjunto com centros de pesquisa e grandes empresas de capital privado a investirem vultosas quantias para o rápido desenvolvimento desta nova frente tecnológica.
Os recentes avanços em computação biomolecular e a confecção em escalas nanoscópicas de componentes eletrônicos, sensores e motores, servem de base para a construção de máquinas biomoleculares.
Após os primeiros passos em direção a engenharia molecular dos anos 80 e 90 no sentido de se construir blocos de peças em escala nanoscópica, atualmente nos deparamos com um desafio mais complexo de se avançar a próxima etapa no desenvolvimento em nanotecnologia, no sentido de se construir bionano-eletrônicos e nanomáquinas. Nanorobôs teriam tamanhos aproximados de 1micron, ou seja, 6 vezes menor que o tamanho aproximado de um glóbulo vermelho.
Um mercado de US$ 1 trilhão de dólares composto por peças e sistemas com algum tipo de nanotecnologia embutida foi projetado para o ano de 2015. Sendo mais específico, a companhia DisplaySearch prevê um rápido crescimento de mercado de US$ 84 milhões de dólares atualmente para US$ 1 bilhão em 2007. Em 2003 o governo americano investiu mais de US$ 700 milhões em pesquisa e desenvolvimento em nanotecnologia. O governo japonês investiu US$ 800 milhões. A importância da miniaturização para uma ampla gama de possibilidades de aplicações é notória, e uma primeira série de nanoprodutos comercializáveis foi anunciada e prevista para 2007.
Para se atingir o objetivo de se construir bioeletrônicos, companhias estão formando colaborações conjuntas e alianças que viabilizarão novos nanoprodutos através de esforços conjuntos de empresas como IBM, Motorolla, Philips Electronics, Xerox/Parc, Hewlett-Packard, Dow Chemical, Bell Laboratories, e Intel Corp., apenas para citar algumas empresas. Para tal objetivo, novas metodologias e teoria para se explorar ambientes e mundos nanoscópicos torna-se uma chave fundamental nesta emergente área tecnológica.
O desenvolvimento em nanotecnologia se fará de forma segura e mais eficaz ao se investigar e propor novas abordagens para o problema de design, controle e validação de sistemas para nanorobôs. Como abordagem prática para o estudo e apresentação de novos paradigmas aplicados à engenharia biomédica em nanotecnologia, pretende-se através de experimentos computacionais modelar e validar fisicamente o comportamento de nanorobôs em ambientes tridimensionais dinâmicos incorporando aspectos inerentes ao corpo humano a serem contemplados para a operação de nanorobôs.
CINEMÁTICA robótica
Visão Geral
entendemos por mecanismo robótico um sistema de corpos rígidos conectados por articulações. A posição e orientação de um corpo rígido no espaço é chamada coletivamente de pose. Portanto, a cinemática robótica descreve a pose, velocidade, aceleração e todos as derivadas de ordem superior da pose dos corpos que compõem um mecanismo. Desde quando a cinemática não trata das forças e torques que causam o movimento, este capítulo foca na descrição da pose e velocidade. Estas descrições são os pilares fundamentais dos próximos, que tratam da dinâmica, planejamento de movimentos e controle de movimentos.
Representação de posição e orientação
A cinemática espacial dos corpos rígidos pode ser vista como um estudo comparativo das diversas formas de representar a pose de um corpo. Translações e rotações. referenciadas em conjunto como "deslocamentos de corpo", são também descritas nestas representações. Nenhuma destas representações é ótima em todas as circunstancias, mas as vantagens de cada uma podem ser levadas em consideração para facilitar a resolução de problemas específicos.
O número mínimo de coordenadas necessárias para localizar um corpo num espaço euclidiano é 6 (seis). Muitas das representações das poses de corpos rígidos no espaço
Cinemática direta
Segundo Cabral(2009), a cinemática de um robô manipulador é definida como:
A cinemática de um robô manipulador é o estudo da posição e da velocidade do seu efetuador (atuador) e dos seus ligamentos. Quando se menciona posição, está se referindo tanto à posição propriamente dita, como à orientação e quando se fala em velocidade, considera-se tanto a velocidade linear como angular. Pode-se distinguir dois tipos de cinemática, a cinemática direta e a inversa.
Na cinemática direta deseja-se obter a posição e velocidade do efetuador, para uma dada posição das articulações.
A cinemática inversa é o oposto da cinemática direta, ou seja, são fornecidas a posição e a velocidade do efetuador e quer se obter as posições e velocidades correspondentes das articulações.
Cinemática inversa
Conforme citado no item anterior, na cinemática inversa busca-se obter as velocidades e posições (a pose) das articulações dadas a posição e velocidade (a pose) do atuador. Este é um problema típico de planejamento e controle de movimentos.
ROBÔS
Um robô (ou robot) é um dispositivo [1], ou grupo de dispositivos, eletromecânicos ou biomecânicos capazes de realizar trabalhos de maneira autônoma ou pré-programada. Os robôs são comumente utilizados na realização de tarefas em locais mal iluminados, ou na realização de tarefas sujas ou perigosas para os seres humanos. Os robôs industriais utilizados nas linhas de produção são a forma mais comum de robôs, uma situação que está mudando recentemente com a popularização dos robôs comerciais limpadores de pisos e cortadores de gramas. Outras aplicações são: tratamento de lixo tóxico, exploração subaquática e espacial, cirurgias, mineração, busca e resgate, e localização de minas terrestres. Os robôs também aparecem nas áreas do entretenimento e tarefas caseiras.
Etimologia
O termo robô tem origem na palavra tcheca robota, que significa trabalho forçado. O robô presente no imaginário mundial teve origem na peça R.U.R. do dramaturgo Karel Čapek, na qual existia um autômato com forma humana, capaz de fazer tudo em lugar do homem.[2]
Visão geral
Ignorando a definição oficial da RIA (Robotics Industries Association), um robô seria um dispositivo automático que possui conexões de realimentação (feedback) entre seus sensores, atuadores e o ambiente, dispensando a ação do controle humano direto para realizar determinadas tarefas, podendo também haver robôs parcialmente controlados por pessoas. O grau de automatização de um robô pode atingir o nível de aprendizado automático, dependendo dos algoritmos utilizados - ainda que com muitas limitações, devido às óbvias dificuldades de simular a realidade em nível computacional. [3]
Os robôs executam tarefas através de atuadores (elétricos, pneumáticos, sonoros etc.), produzindo sons, acendendo elementos luminosos ou displays, movendo um braço, abrindo ou fechando garra robótica, ou realizando o seu próprio deslocamento.
O controle é provido por algoritmos que relacionam as entradas e saídas do robô, através de unidades de processamento eletrônicas e de softwares, que podem ser desde um circuito eletrônico de controle até mesmo um computador pessoal. Por esta definição, muitos dispositivos automáticos poderiam ser chamados de robôs.
A grande maioria dos robôs seriais existentes está na indústria e lá, as tarefas mais executadas são o deslocamento em um ambiente (locomoção) e a movimentação de objetos ao seu redor (manipulação). Esta distinção por tarefas pode dividir os robôs em duas categorias: robôs móveis e robôs manipuladores, ainda que alguns executem ambas as funções.
As estruturas mecânicas dos robôs são elaboradas de forma a executar determinados movimentos. Os manipuladores são geralmente em forma de braço antropomórfico. Suas articulações podem executar movimentos de rotação e de translação. As juntas são elementos mecânicos que conectam os membros (partes) da estrutura dos robôs móveis ou dos manipuladores e podem ser:
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rotatória (movimento de rotação ao redor de um eixo fixo)
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prismática (movimento de translação)
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Ou combinação das duas. (por exemplo: movimento de um parafuso)
Um robô paralelo é aquele formado por cadeias cinemáticas fechadas e são geralmente caracterizados por não possuírem atuadores nos membros móveis.
O número de Graus de Liberdade se refere a liberdade de movimento no espaço cartesiano, por exemplo. Um corpo rígido livre no espaço cartesiano pode apresentar 3 rotações em torno dos eixos XYZ e mais três translações ao longo destes mesmos eixos XYZ, num total de 6 gdl. Já o braço humano pode ser representado por um corpo rígido com sete gdl. O braço humano não é um corpo rígido pois o mesmo é flexível e pode ser modelado com muito mais do que 6gdl.
Os sensores proprioceptivos recebem sinais dos atuadores do robô (como por exemplo registradores de posição relativa entre dois eixos, registradores de posição angular, contadores de voltas). A propriocepção é um dos sentidos mais importantes do corpo humano.
Alternativamente, o termo robô tem sido utilizado para a designar uma série de máquinas que substituem diretamente o ser humano ou um animal no trabalho ou no lazer. Desta forma, um robô pode ser visto como uma forma de biomímica. A falta do antropomorfismo é provavelmente a principal causa que nos impede de reconhecer uma lavadora de louças altamente complexa como se fosse um robô. Entretanto, no conceito moderno, este termo implica um certo nível de autonomia que iria impedir que muitas máquinas automáticas fossem chamadas de robôs. A busca por robôs autônomos ou robôs cognitivos cada vez mais autossuficientes, é atualmente um dos focos de pesquisas na robótica, levando ao campo da inteligência artificial.
O termo robô é também muito utilizado para se referir a dispositivos mecânicos sofisticados que são controlados remotamente por pessoas possuindo pouco ou nenhum grau de automação, tais como os waldoes e os ROVs. Essa classe de robôs proporciona a simulação de presença, se forem utilizadas câmeras de vídeo transmitindo imagens em tempo real ao controlador do robô.
História
A ideia de pessoas artificiais data de épocas como a da lenda de Cadmus, que semeou os dentes de um dragão que se transformaram em soldados, e do mito do Pigmalião, no qual a estátua de Galateiase torna viva. Na mitologia clássica, o deus deformado da metalurgia (Vulcano ou Hefesto) criou serventes mecânicos, variando de serventes douradas inteligentes a mesas utilitárias de três pernas que poderiam se mover por força própria. As lendas Judias se referem ao Golem, uma estátua de argila animada através de mágica Cabalística. Similarmente, o Younger Edda, da Mitologia escandinava conta que um gigante de argila, Mökkurkálfi ou Mistcalf, foi construído para auxiliar o troll Hrungnir em um duelo com Thor, o Deus do Trovão.
O escritor checo Karel Čapek introduziu a palavra "Robô" em sua peça "R.U.R" (Rossum's Universal Robots, cujo livro foi lançado no Brasil pela editora Hedra com o título A Fábrica de Robôs),[4]encenada em 1921. O termo "robô" realmente não foi criado por Karel Čapek, mas por seu irmão Josef, outro respeitado escritor checo. O termo "Robô" vem da palavra checa "robota", que significa "trabalho forçado". Dentre as idéias mais antigas que se conhecem sobre dispositivos automáticos, ou autômatos, data de 350 A.C., a criada pelo matemático grego Arquitas de Tarento, amigo de Platão. Ele criou um pássaro de madeira que batizou de “O Pombo”. O pássaro era propulsionado por vapor e jatos de ar comprimido tendo, para muitos, mais méritos de ter sido a primeira máquina a vapor do que a inventada por James Watt.
O primeiro projeto documentado de um autômato humanoide foi feito por Leonardo da Vinci por volta do ano de 1495. As notas de Da Vinci, redescobertas nos anos 50, continham desenhos detalhados de um cavaleiro mecânico que era aparentemente capaz de sentar-se, mexer seus braços, mover sua cabeça e o maxilar. O projeto foi baseado em sua pesquisa anatômica documentada no Homem Vitruviano. Não é conhecido se ele tentou ou não construir o mecanismo (veja: Robô de Leonardo).
O primeiro autômato funcional foi criado em 1738 por Jacques de Vaucanson, que fez um androide que tocava flauta, assim como um pato mecânico que comia e defecava. A história "The Sandman" de E.T.A. Hoffmann traz uma mulher mecânica semelhante a uma boneca, e "Steam Man of the Prairies", de Edward S. Ellis (1865) expressa a fascinação americana com a industrialização. Uma onda de histórias sobre autômatos humanoides culminou com a obra "Electric Man" (Homem Elétrico), de Luis Senarens (1885).
Uma vez que a tecnologia avançou a ponto de as pessoas preverem o uso das criaturas mecânicas como força de trabalho, as respostas literárias ao conceito dos autômatos (robôs) refletiu o medo dos seres humanos, de serem substituídos por suas próprias criações. Frankenstein (1818), de Mary Shelley, muitas vezes considerado o primeiro romance de ficção científica, se tornou sinônimo deste tema. Quando a peça de Čapek RUR (1921) introduziu o conceito de uma linha de montagem que utilizava robôs para tentar construir mais robôs, o tema recebeu uma conotação econômica e filosófica, posteriormente propagada pelo filme clássico de Fritz Lang Metropolis (1927).
Porém, na década de 1940, o engenheiro químico Isaac Asimov começou a escrever diversas obras sobre robôs domésticos educados e fieis ao ser humano, onde grande parte do temor do domínio das máquinas (mecânicas) foi afastado parcialmente. Mas, os populares Blade Runner (1982) e The Terminator (1984) são ícones deste temor. No século XXI, com os robôs se tornando mais reais e perspectiva do surgimento de robôs inteligentes, uma melhor compreensão das interações entre os robôs e o homens é abordada em filmes modernos como A.I. (2001) de Spielberg e Eu, Robô (2004) de Proyas.
Muitos consideram o primeiro robô, segundo as definições modernas, como sendo o barco teleoperado, similar a um ROV moderno, inventado por Nikola Tesla e demonstrado em uma exibição no ano de 1898 no Madison Square Garden. Baseado em sua patente 613 809 para o "teleautomation", Tesla desejava desenvolver o "torpedo sem fio" para se tornar um sistema de armas para a marinhaestadunidense.
Nos anos 30, a Westinghouse fez um robô humanoide conhecido como Elektro. Ele foi exibido no World's Fair de 1939 e 1940. O primeiro robô autônomo eletrônico foi criado por Grey Walter na Universidade de Bristol, na Inglaterra, no ano de 1948.
Robótica
De acordo com a American Heritage Dictionary, a robótica é a ciência ou o estudo da tecnologia associado com o projeto, fabricação, teoria e aplicação dos robôs. A palavra robótica foi utilizada primeiramente impressa na história de ficção científica de Isaac Asimov "Liar!" (1941). Nela, o autor se refere às 'três regras da robótica' que posteriormente se tornaram as "Três Leis da Robótica" na publicação de ficção Eu, Robô.
A robótica requer conhecimentos sobre eletrônica, mecânica e software. A parte mecânica requer conhecimentos sobre cinemática, pneumática, hidráulica e a parte eletrônica e de programação, conhecimentos sobre o tipo de unidade processadora a ser utilizada, que podem ser microcontroladores ou CLPs.
O processo padrão de criação de robôs começa pela exploração dos sensores, algoritmos e atuadores que serão requeridos para o projeto. Algumas ideias como a relação entre o peso do robô e sua fonte de alimentação primária também são decisivas para o projeto.
Após a base mecânica estar montada, os sensores e as outras entradas e saídas do robô são conectadas a um dispositivo que tomará as decisões, sendo mais comum o uso de um microcontrolador como unidade de processamento. Este circuito avalia os sinais de entrada e calcula a resposta apropriada para cada combinação, enviando sinais aos atuadores de modo a causar uma ação ou reação. Os robôs são maquinas poderosas que nos ajudam a vida atualmente.
Usos contemporâneos dos robôs
Os robôs são utilizados para realizar trabalhos que são muitos pesados, sujos ou perigosos para os seres humanos. Os robôs industriais nas linhas de produção são a forma mais comum de robôs, porém isto vem mudando recentemente pela entrada de robôs faxineiros e cortadores de grama. Em 2017, um robô de carga pessoal, que pode transportar até 40 quilos de suprimentos de forma autônoma ou seguindo um operador humano.[5] Outras aplicações incluem a limpeza de lixo tóxico, exploração subaquática e espacial, cirurgias, mineração, busca e regaste e a busca de minas terrestres. Os robôs também estão surgindo nas áreas de cuidados de saúde e entretenimento.
Os manipuladores industriais possuem capacidades de movimento similares ao braço humano e são os mais comumente utilizados na indústria. As aplicações incluem soldagem, pintura e carregamento de máquinas. A indústria automotiva é um dos campos que mais se utiliza desta tecnologia, aonde os robôs são programados para substituir a mão de obra humana em trabalhos repetitivos ou perigosos. A adoção generalizada deste tipo de tecnologia, entretanto, foi atrasada devido à avaliabilidade de funcionários baratos e aos altos requerimentos de capital dos robôs. Outra forma de robôs industriais é o AGVs (Veículos Guiados Automaticamente). Os AGVs são utilizados em estoques, hospitais, portos de contêineres, laboratórios, instalações de servidores, e outras aplicações onde o risco, confiabilidade e segurança são fatores importantes. De mesma forma, o patrulhamento autônomo e os robôs de segurança estão aparecendo como parte de alguns prédios automatizados.
No começo do século XXI, os robôs domésticos começaram a surgir na mídia, com o sucesso do Aibo, da Sony e uma série de fabricantes lançando seus aspiradores robóticos, tais como a iRobot, Electrolux, Vileda e Karcher. Cerca de um milhão de unidades de aspiradores foram vendidas em todo o mundo até o final de 2004. A iRobot planeja produziu um robô de mapeamento similar no tamanho e forma aos aspiradores robóticos.
As corporações japonesas foram bem sucedidas em seus desenvolvimentos de protótipos de robôs humanoides e planejam utilizar esta tecnologia não apenas nas linhas de produção, mas também nos lares japoneses. Existem expectativas no Japão de que os cuidados caseiros para a população idosa podem ser melhor realizados através da robótica. No Brasil, por incentivo de políticas públicas, foi fundada uma indústria de robôs denominada ARMTEC Tecnologia em Robótica , que desde 2004 vem gerando robôs bombeiros, ROVs, de avaliação de pavimentos entre outros. Os robôs também são comumente utilizados como uma forma de Arte de Alta Tecnologia.
Desenvolvimentos atuais
Quando os roboticistas tentaram imitar os movimentos humanos e de animais em robôs, eles descobriram que isto era muito difícil de ser realizado, necessitando de muito mais poder computacional do que estava disponível na época. Então, foi dada ênfase a outras áreas de pesquisa. Robôs simples utilizando rodas foram utilizados para conduzir experimentos sobre comportamento, navegação e planejamento de percursos. Estas técnicas de navegação atualmente se encontram disponíveis nos sistemas de controle de robôs autônomos. O exemplo mais sofisticado de um sistema de navegação autônomo disponível inclui um sistema de LASER e o sistema VSLAM (Localização e Mapeamento Visual Simultâneos) da ActivMedia Robotics e da Evolution Robotics.
No momento em que os engenheiros estavam prontos para tentar criar robôs que caminhassem novamente, ele começaram com pequenos hexápodes e outras plataformas com muitas patas. Estes robôs imitavam os insetos e artrópodes em forma e função. Estes tipos de corpos comumente oferecem alta flexibilidade e adaptatividade a muitos ambientes, porém o custo da complexidade mecânica adicional tem adiado sua adoção pelos consumidores. Com mais de quatro patas, estes robôs são estaticamente estáveis, o que os torna mais fáceis para se trabalhar. O objetivo da pesquisa com robôs bípedes é obter uma caminhada utilizado movimento passivo-dinâmico que imite o movimento humano. Temos algum progresso recente na locomoção bípede, entretanto um caminhar bípede robusto ainda não foi atingido.
Outro problema técnico que impede uma adoção mais aberta dos robôs é a complexidade de manusear objetos físicos em um ambiente natural caótico. Sensores de toque e melhores algoritmos de visão podem resolver este problema. O UJI Online Robot da Universidade Jaime I da Espanha é um bom exemplo de um progresso atual neste campo.
Recentemente, grandes progressos tem sido realizados na área da robótica médica, com duas companhias em particular, a Computer Motion e a Intuitive Surgical, recebendo uma aprovação regulatória na América do Norte, Europa e Ásia para que seus robôs sejam utilizados em procedimentos cirúrgicos médicos invasivos. A automação em laboratórios é uma área crescente. Nesta, os robôs são utilizados para transportar amostras químicas ou biológicas entre instrumentos tais como incubadores, recipientes e leitores. Outros lugares aonde a robótica poderá substituir o trabalho humano é na exploração do fundo do mar e exploração espacial. Para estes trabalhos, os corpos do tipo artrópode são geralmente preferidos. Mark W. Tilden, do Los Alamos National Laboratories, se especializou em robôs baratos com patas dobradas porém sem juntas, enquanto outros buscam reproduzir o movimento completo dos caranguejos.
Robôs experimentais com asas e outros modelos explorando a biônica se encontram no princípio de seu desenvolvimento. Os "nanomotores" e os "smart wires" podem reduzir drasticamente a quantidade de energia utilizada para realizar os movimentos, enquanto a estabilização em vôo pode ser melhorada por giroscópios extremamente pequenos. Um dos motivos mais significativos para estes trabalhos é o interesse militar em tecnologias de espionagem.
Expectativas futuras
Alguns cientistas acreditam que os robôs serão capazes de se aproximar a uma inteligência semelhante à humana [6] na primeira metade do século XXI. Mesmo antes destes níveis de inteligência teóricos serem obtidos, especula-se que os robôs podem começar a substituir os humanos em muitas carreiras com trabalho intensivos. O pioneiro da cibernética Norbert Wiener discutiu alguns destes temas em seu livro The human use of human beings (1950), no qual ele especulou que a tomada de trabalhos humanos pelos robôs pode levar a um aumento no desemprego e problemas sociais a curto prazo, porém que a médio prazo isto pode trazer uma riqueza material às pessoas na maioria das nações.
Alguns acreditam que estes robôs coletivamente podem formar um "proletariado robô", ou classe operária, que permitiria que os humanos ser preocupassem principalmente com o controle dos meios de produção (tais como os equipamentos de fazendas e indústrias), assim aproveitando os frutos dos trabalhos dos robôs. Tal mudança na produção, distribuição e consumo de mercadorias e serviços iria representar uma mudança radical do sistema socioeconômico atual, e para evitar a pobreza normalmente causada pelo desemprego e para poder aproveitar os frutos do trabalho robótico, acredita-se que o proletariado humano teria que derrubar a classe dominante, estando de acordo com as previsões de Karl Marx.
A robótica provavelmente continuará sua expansão em escritórios e residências, substituindo aparelhos "não inteligentes" por seus equivalentes robóticos. Robôs domésticos capazes de realizar muitos trabalhos caseiros, descritos nas histórias de ficção científica e mostrados ao público nos anos 60, continuarão a ser aperfeiçoados.
Aparentemente existe um certo grau de convergência entre humanos e robôs. Alguns seres humanos já são ciborgues, com alguma parte do corpo ou mesmo partes do sistema nervoso substituídos por equivalentes artificiais, tais como o marcapasso. Em muitos casos a mesma tecnologia pode ser utilizada tanto na robótica quanto na medicina. Mesmo não sendo robótica restrita, existem alguns estudos nesta área pelo professor Kevin Warwick.
Possíveis perigos
O conceito de que os robôs podem competir ou rivalizar com os humanos é comum. Em sua série Eu, Robô, Isaac Asimov cria as Três Leis da Robótica em uma tentativa literária de controlar a competição dos robôs com os seres humanos, estas leis são:
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Um robô não pode ferir um ser humano, ou, por omissão, permitir que um ser humano seja ferido.
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Um robô deve obedecer às ordens recebidas dos seres humanos, a não ser no caso de estas ordens entrarem em conflito com a Primeira Lei.
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Um robô pode proteger a sua própria existência, contanto que tal proteção não entre em conflito com a Primeira ou Segunda Leis.
Infelizmente, este problema pode não ser tão simples de resolver. O próprio Asimov baseou o enredo de uma série de romances e histórias curtas na análise da aplicabilidade e suficiência das três leis. As leis ou regras que podem ou devem ser aplicadas aos robôs ou outro "capital autônomo" em cooperação com competição com os humanos incentivaram a investigação macroeconômica desta competição, notavelmente por Alessandro Acquisti construindo um trabalho posterior a John von Neumann.
Mesmo sem uma programação maliciosa, os robôs e os humanos simplesmente não possuem as mesmas tolerâncias e capacidades corporais, o que pode levar a acidentes [7] : Em Jackson, no estado de Michigan, em 21 de julho de 1984, um robô de uma fábrica esmagou um operário contra uma barra de proteção, aparentemente na primeira morte relacionada a um robô nos Estados Unidos. Desde então as cortinas de laser tem sido requeridas para proteção contra tal tipo de perigo com equipamentos pesados.
Em março de 2009 um robô programado para simular emoções humanas teve um 'ataque obsessivo'. Kenji, um robô projetado pela Robotic Akimu, empresa ligada à Toshiba, e programado para simular emoções humanas, agiu fora do normal após passar um dia com uma pesquisadora. Ele tentou evitar que ela fosse embora, bloqueando a porta de passagem, e ficou exigindo abraços.[8]
Em outra visão, o episódio da série Star Trek: Voyager "Prototype" mostra um grupo de robôs conhecidos como Automated Personnel Units (Unidades Pessoais Automatizadas), que haviam sido construídas para combater em um grupo guerreiro porém matou seus criadores quando a guerra terminou.
Competições de robôs[editar | editar código-fonte]
Uma competição de robôs.
Dean Kamen, o fundador da FIRST e da American Society of Mechanical Engineers (ASME) criou um fórum competitivo que visa inspirar nas pessoas jovens, em suas escolas e comunidades uma apreciação pela ciência e tecnologia.
A competição robótica deste grupo é uma competição multinacional onde times profissionais e pessoas jovens resolvem problemas de engenharia de forma intensa e competitiva. Em 2003 a competição atingiu mais de 20.000 estudantes em mais de 800 times em 24 competições. Estes times vem do Canadá, Brasil, Reino Unido e Estados Unidos. Ao contrário das competições de sumo que ocorrem regularmente em alguns eventos, os as competições Battlebots na televisão, estas competições incluem o processo de criação do robô.
A RoboCup é uma organização competitiva dedicada ao desenvolvimento de um time de robôs humanoides totalmente autônomos que possa vencer o campeão mundial de futebol por volta do ano 2050. Existem muitas ligas para simulação para humanoides de tamanho real.
A RoboCup Jr. é similar à RoboCup. RoboCup Jr. é uma competição para qualquer pessoa com menos de 18 anos de idade, e é um pouco mais fácil do que a RoboCup normal. A RoboCup Jr. inclui três competições: futebol (um campeonato de futebol), resgate (um curso de obstáculos aonde um item deve ser levado de um local a outro) e dança (os robôs são julgados pela dança, criatividade e roupas). Como na RoboCup, todos os robôs devem ser construídos e programados pelo time que o construiu, não é permitida a compra de outros robôs.
O DARPA Grand Challenge é uma competição para veículos robóticos completarem um percurso de 200 milhas no deserto de Mojave. O desafio consiste em cumprir um trajeto definido momentos antes da disputa, em menos de 10 horas e de forma autônoma. O prêmio de $1.000.000 não foi atingindo por nenhuma das equipes na primeira edição do evento, em 2004. A maior distância que um participante conseguiu atingir nesse ano foi de apenas 7.4 milhas. O prêmio ficou acumulado para 2005 no valor de $2.000.000 sendo neste ano então conquistado pela Universidade de Stanford. Nesta corrida, quatro veículos completaram o percurso com sucesso. Esta é uma das amostras de que a tecnologia robótica e os algoritmos de navegação autônoma estão evoluindo muito rapidamente.
O Intelligent Ground Vehicle Competition (IGVC), é uma competição para veículos terrestres autônomos que devem atravessar obstáculos em ambientes abertos sem nenhuma intervenção humana. Esta competição internacional suportada pela Association for Unmanned Vehicle Systems International (AUVSI), é uma competição de projetos estudantis de nível universitário e tem mantido competições anuais desde 1992.
Os dois AAAI Grand Challenges se foram na Interação entre homem e robô, com uma sendo um robô participando de uma conferência e a outra um desafio de interação entre o operador e o robô em um resgate.
Os Centennial Challenges são campeonatos da NASA com prêmios visando avanços tecnológicos não financiados pelo governo, incluindo a robôtica, por cidadãos estadunidenses.
Em competições Micromouse, pequenos robôs tentam sair de um labirinto no menor tempo possível.
A popularidade dos programas de televisão Robot Wars Robotica e Battlebots, sobre competições de nível colegial de sumo entre robôs, o sucesso das "bombas inteligentes" e dos UCAVs em conflitos armados, os "gastrobots" comedores de grama na Flórida e a criação dos robôs de alimentação demorada na Inglaterra, sugerem que o medo de uma forma de vida artificial nociva, que entre em competição com a vida selvagem não é uma ilusão.
O worldwide Green Parties em 2002 pediu ao público que aumenta-se sua vigilância contra tal tipo de competição, como base em preocupações de biosegurança. Assim como ocorreu com as preocupações de Aldous Huxley sobre a clonagem humana, as questões que Karel Čapek levantou anteriormente na ficção científica se tornaram debates reais.