Olá, estudante! O tema desta nossa lição é, talvez, o mais interdisciplinar que temos. Quando falamos sobre robótica, estamos envolvendo a Ciência da Computação e suas várias subáreas, como programação, processamento de imagens, banco de dados e inteligência artificial. Além disso, precisamos da Engenharia Mecânica, da Engenharia Elétrica, da Engenharia de Controle e Automação, da Matemática, da Física e da Biologia. Ufa! O desafio envolve bastante coisa, mas nada como o primeiro passo, não é mesmo?! Então, conheceremos esse mundo que, possivelmente, está mais perto do que imaginamos.

Um problema frequente nessa área é a confusão existente entre alguns conceitos. Por exemplo, será que robótica e automação são as mesmas coisas? O que você acha? Bom, embora em uma automação eu possa utilizar um robô, é importante entender que robótica e automação não são as mesmas coisas, e, sim, duas áreas. Embora a diferença seja bastante simples, é muito relevante.

No caso da automação, nós teremos robôs em um ambiente estruturado, ou seja, uma aplicação realizando alguma atividade dentro de uma estrutura em que ele é programado de acordo com os espaços e as atividades repetíveis. Você já deve ter visto algum comercial ou reportagem de uma montadora de carros, correto? Nessas montadoras, há robôs que atuam em determinadas partes do processo de montagem do carro. No entanto eles ficam em determinada parte da linha de montagem e não tomam decisões além do que é permitido para os movimentos necessários dentro de um limite. 

No caso da robótica, criam-se aplicações para ambientes não estruturados, com liberdade de explorar os ambientes por meio de sensoriamento, e preparados para atuar em diferentes contextos. Você já deve ter assistido a filmes ou, mesmo, reportagens de robôs que já atendem em restaurantes ou, mesmo, cuidam de idosos. Percebeu a diferença? 

A Robocup (robocup.org) nasceu, em 1997, com a ideia de desenvolver jogadores robóticos de futebol. A ideia é de que, um dia, esses jogadores robóticos possam jogar e vencer um time campeão mundial de futebol formado por humanos.  Mais de 40 times participaram (real e simulação combinados) da primeira copa e mais de 5.000 espectadores assistiram à competição. E você? Acha que, um dia, teremos um jogo de futebol entre robôs e humanos? Dê uma olhadinha no site especial sobre a modalidade de humanoides: https://humanoid.robocup.org/

Conforme foi dito anteriormente, a robótica engloba várias ciências e podemos tratá-la, portanto, como uma série de sistemas (máquinas, circuitos e partes mecânicas) que, quando estão em conjunto, tornam-se outros sistemas (motorizados, controlados ou, até mesmo, autônomos). 

Um robô ou uma estrutura robótica, na maioria das vezes, nasce da imitação de uma atividade que é realizada por algo ou alguém, seja um ser humano, seja um outro tipo de atuador. No passado, a dedicação aos robôs se deu em torno do objetivo de poupar o ser humano de atividades repetitivas (como apertar um parafuso, embrulhar algo etc.); depois, passou-se a pensar no robô para substituir o Homem em atividades que colocam sua vida em risco (desarmar uma bomba ou descer em grandes profundidades, por exemplo) ou que seriam prejudiciais à sua saúde (exposição à radiação ou ambientes de baixas ou altas temperaturas, por exemplo). 

De acordo com Groover et al. (1989), a ideia de robôs atuando na indústria nasceu com George Devol, na década de 1950, e, mais do que poupar o ser humano de tarefas repetitivas, a ideia, também, era gerar economia para as empresas, uma vez que a produção de uma máquina seria maior e em menor tempo, pois o robô não precisaria de férias, não teria sede ou fome. Além disso, passou-se a pensar, também, em projetos em que estruturas robóticas tornaram-se aliadas de pessoas com deficiência, possibilitando, com isso, melhora na qualidade de vida. Veja a Figura 1, a seguir, que ilustra esse exemplo.

Anteriormente, definimos a diferença entre robótica e automação, agora, podemos citar os tipos de automação existentes: 

Quando pensamos em qual dos três tipos a robótica aparece com possíveis soluções, é possível perceber que o tipo programável é mais aplicado. Nesse caso, teríamos um robô mais parecido com o ser humano, que é programado para atuar com movimentos sequenciais e entregar uma atividade ou tarefa definida anteriormente. É interessante pensar que todo esse presente que estamos vivendo — de muitas conquistas na robótica — teve forte impulso com um escritor de ficção científica que ficou conhecido como “pai dos robôs”. Trata-se de Isaac Asimov, que, em 1939, usou, pela primeira vez, o termo robótica. De acordo com ele, um robô deve sempre seguir três leis, ou princípios:

O que você achou dessas leis? Interessante, não é? Veja que, nessas leis, Asimov já previa alguns possíveis conflitos que poderiam surgir entre humanos e máquinas, portanto, ele tratou de tentar estabelecer uma ordem nessa relação. 

Mas como o robô realiza movimentos?

Bom, para nós, seres humanos, isso aparenta ser bem fácil, não é? Descer uma escada, sair correndo, pular um obstáculo e perceber a altura do salto necessário, por exemplo, são coisas que fazemos quase que automaticamente. Para um robô, não é bem assim, ele precisa ter um sistema que consiga determinar a velocidade de seu movimento e calcular a força necessária e acionamento de determinados sistemas. Dessa forma, temos, para os robôs, pelo menos, três tipos de acionamentos: 

Para um robô ter atividade ou trabalhar, sempre, será necessário estabelecer ou criar meios de operar o seu sistema de acionamento. Para isso, existem os tipos de controle adequados, que são quatro tipos: 

Assim como o corpo humano possui sua composição típica, um robô, também, possui uma composição: esqueleto, uma unidade mecânica, sensores e atuadores (motores ou cilindro para movimentar um braço ou perna e comunicar-se com os sensores). 

Um robô que imita um ser humano, ou um humanoide, precisa enxergar, tatear e andar. Isso significa que ele precisa de sensores para medir sua situação atual e perceber o ambiente, para, assim, tomar uma decisão do que fará. Tudo isso precisa ser transformado em sinais elétricos. A depender do que ele realizará, é preciso fazer um mapeamento constante e calcular seus movimentos por meio de algoritmos de visão computacional. 

Agora, pense em um robô que realiza uma cirurgia em um ser humano ou que precisa pegar ou manipular algo. Nesse caso, não adianta somente saber onde está o objeto ou, mesmo, em que posição ele se encontra. É necessário saber quanto de pressão ele precisará exercer no objeto para manipulação correta. Isso porque muita força pode fazer com que o objeto estrague e pouca força pode fazer com que ele caia. Veja a Figura 2 e analise quanto de pressão seria necessário calcular e como a visão computacional é essencial nesse sentido para fazer com que o robô, realmente, deixe a peça na posição calculada.

Outro aspecto é a decisão que ele precisa tomar. Pense em um robô que vai caminhando e se depara com uma parede. Ele continuará tentando ultrapassar essa parede até que a bateria dele acabe ou ele caia? Logicamente, não! Para resolver isso, existem sensores que detectam o obstáculo e fazem uma percepção do ambiente — se é possível pular, contornar ou dar a volta, por exemplo. 

Você já ouviu falar no Arduíno? Ainda não? Então, apresentarei a você! Trata-se de uma plataforma para criação de protótipos. É uma placa com um microcontrolador com suporte para entradas e saídas em que você pode criar aplicações em software utilizando a linguagem C/C++. A plataforma é paga, mas bastante flexível, ou seja, dá para pensar em criar muitas aplicações por meio do seu uso, por esse motivo, este é um dos produtos mais usados hoje em dia! No site, você pode até conhecer a comunidade de desenvolvedores dessa plataforma. Ficou curioso(a) para saber mais? Acesse o site https://www.ardu ino.cc/ e tenha acesso a muitos materiais e informações.