ANYmal: o cão espacial robótico que analisa rocha em minutos

Em vez de veículos pesados com seis rodas, os investigadores espaciais estão a virar atenções para um “cão espacial” robótico. A plataforma vem da Suíça, leva instrumentos de medição de alta precisão diretamente num braço robótico e consegue analisar rocha em minutos - tarefas para as quais os actuais rovers em Marte por vezes precisam de quase uma hora.

Porque é que um robô de quatro patas está a agitar a exploração espacial

Quando se pensa em veículos marcianos, é comum imaginar caixas com rodas como o Curiosity ou o Perseverance. Estes rovers são fiáveis, mas avançam devagar. Em muitos dias marcianos, percorrem apenas algumas centenas de metros. A causa não é só o terreno exigente; a ligação de rádio entre a Terra e Marte também impõe limites.

Os sinais podem demorar até 22 minutos a chegar ao rover. Cada correcção de trajecto, cada paragem e cada replano acrescenta atrasos. Na Lua, o cenário também é complicado: crateras, blocos de rocha e taludes inclinados são obstáculos traiçoeiros para veículos com rodas.

Um quadrúpede desenvolvido em Zurique pretende contornar este problema de base. Move-se como um animal em terreno irregular, transporta o seu próprio equipamento de análise e toma muitas decisões no local, sem ter de esperar constantemente por instruções enviadas da Terra.

“A abordagem: menos controlo remoto, mais cérebro robótico - e isso combinado com pernas robustas em vez de rodas sensíveis.”

ANYmal: cão espacial com um minilaboratório incorporado

O robô chama-se ANYmal e vem da ETH Zurique. Tem cerca de um metro de comprimento, desloca-se com quatro patas articuladas e, visualmente, lembra os “cães robóticos” já conhecidos de vídeos em campos de testes.

Para utilização na investigação espacial, o ANYmal recebeu um braço robótico adicional. Na extremidade desse braço estão dois instrumentos científicos, transformando-o num laboratório móvel capaz de caracterizar rocha directamente no local.

Mini-câmara e espectrómetro laser a bordo

O núcleo do sistema assenta em dois dispositivos compactos:

• Câmara microscópica (MICRO): fornece imagens extremamente ampliadas de superfícies rochosas. Assim é possível distinguir minerais e identificar texturas que dão pistas sobre a história de formação.
• Espectrómetro Raman: dispara um laser sobre a rocha e analisa a luz reflectida. A partir daí, determina-se a composição química do material, incluindo fases minerais específicas.

Com esta combinação, o robô não precisa de recolher amostras e transportá-las para uma estação de laboratório fixa. Em vez disso, “interroga” a rocha ali mesmo. Em testes num laboratório marciano da Universidade de Basileia, o ANYmal identificou diferentes tipos de rocha, incluindo gesso, carbonatos, basalto, dunito e anortosito - materiais relevantes tanto para a Lua como para Marte.

“Amostras de rocha que antes exigiam horas de planeamento são analisadas pelo ANYmal num único fluxo de trabalho, contínuo e sem quebras.”

Comparação de ritmo: 12 minutos contra 41 minutos

A parte mais interessante surgiu quando a equipa liderada pela investigadora Gabriela Ligeza comparou dois modos de operação. No primeiro cenário, um geólogo conduziu o robô passo a passo: escolher o alvo, deslocar-se até lá, posicionar os instrumentos, recolher dados, passar ao alvo seguinte. Este modo clássico lembrava de perto a prática actual em Marte - e, no ensaio, demorou 41 minutos para completar uma série de medições.

No segundo cenário, o ANYmal recebeu vários alvos de uma só vez. A partir desse momento, trabalhou de forma largamente autónoma: planeou a rota, visitou os pontos por ordem, posicionou o braço e os instrumentos e recolheu os dados. As pessoas só intervieram quando surgia algo inesperado.

O resultado surpreendeu até os próprios investigadores: conforme a configuração, o robô precisou apenas de 12 a 23 minutos para a mesma tarefa - ou seja, duas a três vezes mais rápido do que sob controlo humano contínuo.

“A maior poupança de tempo acontece porque desaparecem as muitas pausas de comunicação - o robô deixa de esperar e passa a trabalhar.”

Vantagens de uma arquitectura de quatro patas no espaço

A rapidez não vem apenas do software; a própria construção mecânica também pesa. A experiência acumulada com rovers mostra que as rodas têm limites claros em terreno muito recortado. Quatro pernas articuladas trazem várias vantagens:

• Obstáculos: degraus, blocos rochosos e bordos de crateras tornam-se mais fáceis de ultrapassar.
• Estabilidade: para medições de precisão, o robô pode apoiar-se com uma base mais “aberta” e firme.
• Flexibilidade: consegue alcançar zonas sob saliências ou dentro de fendas onde um corpo de rover não entra.
• Segurança: a cinemática das pernas ajuda a compensar tropeções e, se necessário, a recuperar o equilíbrio.

No laboratório, o ANYmal mostrou que consegue aproximar o instrumento de medição da superfície rochosa com precisão milimétrica mesmo em solo irregular - uma condição essencial para imagens microscópicas nítidas e medições laser estáveis.

Como o robô pode acelerar missões lunares

Nas futuras missões à Lua, um tema destaca-se: recursos disponíveis no local. Bases planeadas vão precisar de água, metais e materiais adequados à construção. Ninguém quer lançar toneladas de carga a partir da Terra se esses recursos existirem no regolito lunar.

O ANYmal poderia, por exemplo, operar num cratera polar, onde se suspeita existir água congelada no subsolo. Percorreria sistematicamente paredões rochosos e campos de detritos, perfuraria rocha ou, pelo menos, faria análises com laser e, a partir daí, produziria mapas. Esses mapas indicariam onde as substâncias úteis se concentram e que regiões justificam, mais tarde, a entrada de robôs de mineração.

Com vários quadrúpedes deste tipo, seria possível cobrir áreas grandes com relativa rapidez. Um cenário plausível é o de uma nave-mãe em órbita definir alvos gerais, enquanto os robôs no terreno decidem autonomamente como detalhar o mapeamento.

À procura de vida no Marte

Em Marte, a prioridade é outra: encontrar indícios de formas de vida antigas ou actuais. Os investigadores referem-se a isto como “biossinaturas”, isto é, padrões químicos ou estruturas minerais que tipicamente resultam de processos biológicos.

O espectrómetro Raman do ANYmal está orientado precisamente para esse tipo de sinal. Pode identificar, por exemplo, moléculas orgânicas ou minerais que só se formam na presença de água e de ambientes químicos apropriados. Particularmente relevantes são as rochas sedimentares - depósitos de rios, lagos ou mares, que provavelmente existiram no Marte jovem.

“Um robô caminhante, rápido e autónomo, poderia visitar muito mais pontos de amostragem numa região marciana em pouco tempo do que um rover clássico - aumentando assim a probabilidade de encontrar biossinaturas.”

Robôs em enxame e os próximos passos

O ANYmal não é um projecto isolado. Outros grupos trabalham em equipas inteiras de robôs caminhantes que cobrem uma área de forma coordenada. Um quadrúpede pode examinar paredes rochosas, outro mapear o solo, e um terceiro verificar pontos suspeitos com instrumentos especialmente sensíveis.

A visão é clara: várias unidades autónomas vasculham uma região, partilham dados entre si e, em conjunto, priorizam onde vale a pena medir mais. A intervenção humana fica reservada a decisões estratégicas.

Desafios no caminho até ao espaço

Até o ANYmal - ou os seus sucessores - aterrar de facto na Lua ou em Marte, ainda há questões por resolver:

• Radiação: electrónica e sensores precisam de uma blindagem muito superior à do ambiente de laboratório.
• Temperaturas: frio extremo e variações térmicas acentuadas põem à prova baterias e mecânica.
• Pó: o regolito fino danifica articulações e ópticas se não existirem vedantes e protecções específicas.
• Alimentação energética: painéis solares ou fontes eléctricas radioactivas têm de ser leves, para não anularem a vantagem de um robô caminhante ágil.

Ao mesmo tempo, os testes no laboratório marciano em Terra levantam novas perguntas de investigação: quanta autonomia é aceitável do ponto de vista político e de segurança? Como reage um sistema destes se alguns sensores falharem parcialmente? E como garantir que a qualidade dos dados se mantém apesar da maior velocidade?

O que os leitores devem reter

O ANYmal ilustra até que ponto os avanços em robótica e miniaturização podem mudar a prática da exploração espacial. Quatro pontos sobressaem nos resultados já obtidos:

• Robôs de quatro patas lidam com terreno difícil com muito mais segurança do que rovers clássicos.
• Minilaboratórios integrados permitem análises de rocha sem recolhas complexas de amostras.
• Modos de trabalho semi-autónomos reduzem drasticamente o tempo de missão por alvo de estudo.
• A tecnologia é adequada tanto para a prospecção de recursos na Lua como para a procura de biossinaturas em Marte.

Para futuras missões, perfila-se assim uma nova classe de veículo espacial: não um rover lento e telecomandado, mas robôs caminhantes ágeis e capazes de aprender, que encontram caminho mesmo nas crateras mais duras - e entregam dados pelos quais os planetólogos esperam há décadas.