Microrrobôs microscópicos da Universidade de Leiden mostram inteligência incorporada sem sensores nem código

Cientistas desenvolveram microrrobôs que, à escala microscópica, conseguem nadar, mudar de trajecto e evitar colisões - tudo isto sem sensores, sem programação e sem qualquer controlo externo.

O mais surpreendente é que esse comportamento resulta apenas da forma do corpo, provando que a navegação e a resposta ao meio podem emergir mesmo sem “inteligência” a bordo.

A forma torna-se controlo

Em laboratório, minúsculos segmentos ligados entre si enrolavam-se, esticavam-se e deslizavam para a frente assim que eram activados por um campo eléctrico alternado.

Ao observar esse padrão de movimento, Daniela Kraft, física na Universidade de Leiden, mostrou que o próprio corpo assumia decisões que, noutros sistemas, costumam ficar a cargo de componentes dedicados.

Na configuração de Kraft, as extremidades dianteira e traseira geram “puxões” diferentes, o que faz com que toda a cadeia altere a sua forma à medida que atravessa o fluido.

Nesse ciclo contínuo, movimento e geometria deram aos microrrobôs um aspecto quase animal e prepararam o terreno para tudo o que faziam a seguir.

Movimento a partir de feedback

A energia vinha de um campo eléctrico alternado (CA), uma força eléctrica que se inverte rapidamente, capaz de levar cada segmento impresso a impulsionar-se para a frente.

Em vez de repetirem uma braçada fixa, os elos ligados produziam vários tipos de locomoção, incluindo deslize, ondulação, rotação e batimento.

Em vez de executarem uma sequência pré-definida, as cadeias iam redistribuindo a tensão de um segmento para o seguinte conforme as condições mudavam.

O resultado foi um movimento com ar adaptativo, apesar de no interior do robô não existir nada a medir, planear ou decidir.

Obstáculos mudam o comportamento

Quando surgia um problema no caminho, a cadeia alterava primeiro a forma - e só depois a direcção.

Ao ficar encostada a uma barreira, as secções traseiras continuavam a empurrar; a “cauda” chicoteava e o conjunto passava a procurar outra rota.

Quando duas cadeias se encontravam, afastavam-se de forma natural, e em ambientes mais carregados por vezes empurravam a desordem em vez de o nadador ficar bloqueado.

Estas respostas são relevantes porque a navegação só se torna verdadeiramente útil quando um dispositivo consegue continuar a avançar em espaços apertados.

Física a escalas minúsculas

A esta escala, as forças viscosas dominam a locomoção, pelo que pequenos microssalvadores - corpos diminutos que se propulsionam em fluidos - não conseguem deslizar por inércia como máquinas maiores.

Assim, cada curvatura muda imediatamente a forma como o fluido resiste ao corpo, e essa resistência altera logo a curvatura seguinte.

Microrrobôs anteriores lidavam muitas vezes com este problema através de projectos rígidos ou de direcção externa, o que limitava a liberdade de adaptação.

As cadeias de Leiden seguiram a lógica oposta: trataram a flexibilidade como o próprio sistema de controlo.

Impressão no limite

Cada cadeia foi feita com elementos principais de 5 micrómetros (milionésimos de metro) de comprimento e articulações com apenas 0,5 micrómetro.

Mesmo com estas dimensões, os nadadores avançavam cerca de 7 micrómetros por segundo e mantinham-se menores do que a largura de um cabelo humano.

Conseguir imprimir peças flexíveis a este tamanho é importante, porque à medida que as estruturas encolhem, a rigidez e o risco de fractura tendem a aumentar.

O projecto mostrou, por isso, que uma “maciez” funcional pode sobreviver em dimensões que antes pareciam demasiado pequenas para tal.

Inteligência sem código

Os investigadores chamam a isto inteligência incorporada: o comportamento nasce da forma do corpo e do contacto com o ambiente, sem que um chip dite instruções à cadeia.

Detecção e reacção ocorreram na mesma estrutura e ao mesmo tempo, sem cabos, sem código e sem processadores em miniatura.

“Este microrrobô, portanto, detecta como o ambiente altera o seu corpo e reage a isso, fazendo-o parecer vivo”, disse Kraft.

A formulação traz tanto uma promessa como um limite, porque o comportamento se tornou evidente antes de serem compreendidas todas as regras por detrás dele.

Aplicações médicas no horizonte

Engenheiros biomédicos há muito olham para microrrobôs como ferramentas para administração dirigida de fármacos, detecção de precisão e cirurgia minimamente invasiva.

Um nadador capaz de contornar obstáculos poderia, em princípio, deslocar-se através de fluidos congestionados sem necessitar de correcções externas constantes.

No entanto, o corpo humano é quimicamente desordenado e muito mais complexo do que uma câmara de laboratório, pelo que essa vantagem permanece, para já, como possibilidade.

Ainda assim, respostas baseadas na forma podem reduzir a necessidade de electrónica miniaturizada precisamente onde é mais difícil integrar esses componentes.

Questões ainda em aberto

Falta ainda uma explicação física completa para perceber por que motivo um modo de movimento surge num momento e não noutro.

Regras mais claras permitiriam aos engenheiros ajustar uma cadeia para virar, empurrar obstáculos para o lado ou atravessar passagens estreitas.

Kraft quer agora que a equipa determine com exactidão como este comportamento dinâmico emerge do ponto de vista físico.

Responder a isso pode melhorar dispositivos futuros e, ao mesmo tempo, esclarecer como nadadores vivos usam corpos flexíveis.

Mais do que imitação

Nada aqui está vivo, mas o comportamento parece suficientemente intencional para pôr em causa o atalho segundo o qual um movimento “inteligente” exige sempre computação.

Biólogos estudam feedback semelhante em células e pequenos organismos, onde corpo e ambiente se remodelam mutuamente de forma contínua.

Ao recriar este princípio numa máquina impressa, as experiências forneceram uma plataforma mais simples para testar ideias sobre navegação.

O valor mais profundo pode ser duplo: microrrobôs melhores e uma física mais clara de sistemas que já se movem assim na natureza.

O que vem a seguir

Ao longo destas experiências, uma ideia repetiu-se: formas escolhidas com cuidado conseguem gerar detecção, resposta e navegação antes de existir qualquer circuito.

Se os investigadores conseguirem prever com maior precisão este acoplamento, microrrobôs futuros poderão ser simultaneamente mais fáceis de construir e mais eficazes em ambientes difíceis.