A robótica é um ramo interdisciplinar de engenharia e ciência que inclui engenharia mecânica, engenharia eletrônica, engenharia da informação, ciência da computação e outras. Robótica lida com o projeto, construção, operação e uso de robôs, bem como sistemas de computador para seu controle, feedback sensorial e processamento de informações.

Essas tecnologias são usadas para desenvolver máquinas que podem substituir seres humanos e replicar ações humanas. Os robôs podem ser usados ​​em muitas situações e para muitos propósitos, mas hoje muitos são usados ​​em ambientes perigosos (incluindo detecção e desativação de bombas), processos de fabricação ou onde humanos não podem sobreviver (por exemplo, no espaço). Os robôs podem assumir qualquer forma, mas alguns são feitos para parecer humanos na aparência. Isso é dito para ajudar na aceitação de um robô em certos comportamentos replicativos geralmente realizados por pessoas. Esses robôs tentam replicar andar, levantar, falar, cognitar e basicamente qualquer coisa que um humano possa fazer. Muitos dos robôs de hoje são inspirados pela natureza, contribuindo para o campo da robótica de inspiração biológica.

O conceito de criar máquinas que podem operar de forma autônoma remonta aos tempos clássicos, mas a pesquisa sobre a funcionalidade e os usos potenciais dos robôs não cresceu substancialmente até o século XX. Ao longo da história, tem sido freqüentemente assumido que os robôs um dia serão capazes de imitar o comportamento humano e gerenciar tarefas de uma maneira humana. Hoje, a robótica é um campo em rápido crescimento, à medida que os avanços tecnológicos continuam; pesquisar, projetar e construir novos robôs servem a vários propósitos práticos, seja nacional, comercial ou militar. Muitos robôs são construídos para realizar trabalhos que são perigosos para as pessoas, como desarmar bombas, encontrar sobreviventes em ruínas instáveis ​​e explorar minas e naufrágios. A robótica também é usada em STEM (ciência, tecnologia, engenharia e matemática) como auxílio de ensino.

A robótica é um ramo da engenharia que envolve a concepção, projeto, fabricação e operação de robôs. Este campo se sobrepõe à eletrônica, ciência da computação, inteligência artificial, mecatrônica, nanotecnologia e bioengenharia.

Aspectos robóticos

Existem muitos tipos de robôs; eles são usados ​​em muitos ambientes diferentes e para muitos usos diferentes, embora sejam muito diversos em aplicação e forma, todos eles compartilham três semelhanças básicas quando se trata de sua construção:

Todos os robôs têm algum tipo de construção mecânica, uma estrutura, forma ou formato projetado para realizar uma tarefa específica. Por exemplo, um robô projetado para atravessar terra ou lama pesada pode usar trilhos de lagarta. O aspecto mecânico é principalmente a solução do criador para completar a tarefa designada e lidar com a física do ambiente ao seu redor. A forma segue a função.
Os robôs possuem componentes elétricos que fornecem energia e controlam o maquinário. Por exemplo, o robô com lagartas precisaria de algum tipo de poder para mover os rastros do rastreador. Esse poder vem na forma de eletricidade, que terá que viajar através de um fio e se originar de uma bateria, um circuito elétrico básico. Mesmo as máquinas movidas a gasolina que recebem energia principalmente da gasolina ainda precisam de uma corrente elétrica para iniciar o processo de combustão, e é por isso que a maioria das máquinas a gasolina, como carros, tem baterias. O aspecto elétrico dos robôs é usado para o movimento (através de motores), sensoriamento (onde os sinais elétricos são usados ​​para medir coisas como calor, som, posição e status de energia) e operação (robôs precisam de algum nível de energia elétrica fornecida a seus motores e sensores para ativar e executar operações básicas)
Todos os robôs contêm algum nível de código de programação de computadores. Um programa é como um robô decide quando ou como fazer alguma coisa. No exemplo das lagartas, um robô que precisa se mover através de uma estrada enlameada pode ter a construção mecânica correta e receber a quantidade correta de energia de sua bateria, mas não iria a lugar algum sem um programa dizendo-lhe para se mover. Os programas são a essência central de um robô, ele pode ter excelente construção mecânica e elétrica, mas se o seu programa for mal construído, seu desempenho será muito ruim (ou pode não funcionar de todo). Existem três tipos diferentes de programas robóticos: controle remoto, inteligência artificial e híbrido. Um robô com programa de controle remoto tem um conjunto pré-existente de comandos que ele só executará se e quando receber um sinal de uma fonte de controle, normalmente um ser humano com um controle remoto. Talvez seja mais apropriado ver dispositivos controlados principalmente por comandos humanos como se enquadrassem na disciplina da automação, e não na robótica. Os robôs que usam inteligência artificial interagem com o ambiente sem uma fonte de controle e podem determinar reações a objetos e problemas que encontram usando sua programação pré-existente. Híbrido é uma forma de programação que incorpora as funções AI e RC.

Aplicações
À medida que mais e mais robôs são projetados para tarefas específicas, esse método de classificação se torna mais relevante. Por exemplo, muitos robôs são projetados para o trabalho de montagem, que pode não ser facilmente adaptável para outras aplicações. Eles são denominados “robôs de montagem”. Para a soldagem de juntas, alguns fornecedores fornecem sistemas completos de soldagem com o robô, ou seja, o equipamento de soldagem, juntamente com outras instalações de manuseio de materiais, como toca-discos, etc., como uma unidade integrada. Esse sistema robótico integrado é chamado de “robô de soldagem”, embora sua unidade manipuladora discreta possa ser adaptada a uma variedade de tarefas. Alguns robôs são projetados especificamente para manipulação de carga pesada e são rotulados como “robôs pesados”.

Aplicações atuais e potenciais incluem:

Robôs militares
A Caterpillar planeja desenvolver máquinas de controle remoto e espera desenvolver robôs pesados ​​totalmente autônomos até 2021. Alguns guindastes já são controlados remotamente.
Foi demonstrado que um robô pode realizar uma tarefa de pastoreio.
Os robôs são cada vez mais usados ​​na manufatura (desde a década de 1960). Na indústria automobilística, eles podem representar mais da metade do “trabalho”. Há até mesmo fábricas “desligadas”, como uma fábrica de fabricação de teclados da IBM no Texas, que é 100% automatizada.
Robôs como o HOSPI são usados ​​como correios em hospitais (robôs hospitalares). Outras tarefas hospitalares realizadas por robôs são recepcionistas, guias e auxiliares de carregadores.
Os robôs podem servir como garçons e cozinheiros, também em casa. Boris é um robô que pode carregar uma máquina de lavar louça. Rotimatic é um utensílio de cozinha robótica que prepara pães achatados automaticamente.
Robô de combate para esporte – hobby ou evento esportivo onde dois ou mais robôs lutam em uma arena para desabilitar uns aos outros. Isso se desenvolveu de um hobby na década de 1990 para várias séries de TV em todo o mundo.
Limpeza de áreas contaminadas, como resíduos tóxicos ou instalações nucleares.
Robôs Agrícolas (AgRobots).
Robôs domésticos, limpeza e cuidado com os idosos
Robôs médicos realizando cirurgia invasiva
Robôs domésticos com uso total.
Nanorrobôs
Robótica Swarm

Componentes

Fonte de energia
Atualmente, a maioria das baterias (de chumbo-ácido) é usada como fonte de energia. Muitos tipos diferentes de baterias podem ser usados ​​como fonte de energia para robôs. Elas variam de baterias de chumbo-ácido, que são seguras e têm vida útil relativamente longa, mas são bastante pesadas em comparação com as baterias de prata-cádmio que são muito menores em volume e atualmente são muito mais caras. O projeto de um robô alimentado por bateria precisa levar em conta fatores como segurança, vida útil do ciclo e peso. Geradores, geralmente algum tipo de motor de combustão interna, também podem ser usados. No entanto, tais projetos são muitas vezes mecanicamente complexos e precisam de combustível, exigem dissipação de calor e são relativamente pesados. Uma corda conectando o robô a uma fonte de alimentação removeria completamente a fonte de alimentação do robô. Isso tem a vantagem de economizar peso e espaço movendo todos os componentes de geração e armazenamento de energia em outro lugar. No entanto, este design vem com a desvantagem de ter constantemente um cabo conectado ao robô, que pode ser difícil de gerenciar. Potenciais fontes de energia podem ser:

pneumático (gases comprimidos)
Energia solar (usando a energia do sol e convertendo-a em energia elétrica)
hidráulica (líquidos)
armazenamento de energia do volante
lixo orgânico (por digestão anaeróbica)
nuclear

Atuação
Atuadores são os “músculos” de um robô, as partes que convertem energia armazenada em movimento. De longe, os atuadores mais populares são os motores elétricos que giram uma roda ou engrenagem e os atuadores lineares que controlam os robôs industriais nas fábricas. Existem alguns avanços recentes em tipos alternativos de atuadores, alimentados por eletricidade, produtos químicos ou ar comprimido.

Motores elétricos
A grande maioria dos robôs usa motores elétricos, geralmente motores DC escovados e sem escova em robôs portáteis ou motores CA em robôs industriais e máquinas CNC. Estes motores são frequentemente preferidos em sistemas com cargas mais leves e onde a forma predominante de movimento é rotacional.

Atuadores lineares
Vários tipos de atuadores lineares entram e saem em vez de girar, e geralmente têm mudanças de direção mais rápidas, particularmente quando forças muito grandes são necessárias, como na robótica industrial. Eles normalmente são alimentados por ar comprimido e oxidado (atuador pneumático) ou por um óleo (atuador hidráulico).

Atuadores elásticos de série
Uma flexão é projetada como parte do atuador do motor, para melhorar a segurança e fornecer controle de força robusto, eficiência de energia, absorção de impacto (filtragem mecânica) enquanto reduz o desgaste excessivo na transmissão e outros componentes mecânicos. A inércia refletida inferior resultante pode melhorar a segurança quando um robô está interagindo com humanos ou durante colisões. Ele tem sido usado em vários robôs, especialmente robôs avançados de fabricação e robôs humanoides ambulantes.

Músculos do ar
Os músculos artificiais pneumáticos, também conhecidos como músculos aéreos, são tubos especiais que se expandem (normalmente até 40%) quando o ar é forçado dentro deles. Eles são usados ​​em algumas aplicações de robôs.

Fio muscular
O fio muscular, também conhecido como liga de memória de forma, Nitinol® ou Flexinol®, é um material que se contrai (menos de 5%) quando a eletricidade é aplicada. Eles foram usados ​​para algumas aplicações de robôs pequenos.

Polímeros eletroativos
Os EAPs ou EPAMs são um novo material plástico que pode contrair substancialmente (até 380% de tensão de ativação) da eletricidade e foram usados ​​em músculos faciais e braços de robôs humanóides e para permitir que novos robôs flutuem, voem, nadem ou caminhem.

Motores piezo
Alternativas recentes para motores DC são motores piezoelétricos ou motores ultrassônicos. Estes trabalham em um princípio fundamentalmente diferente, segundo o qual elementos piezocerâmicos minúsculos, vibrando muitos milhares de vezes por segundo, causam movimento linear ou rotativo. Existem diferentes mecanismos de operação; um tipo usa a vibração dos elementos piezoelétricos para pisar o motor em um círculo ou em uma linha reta. Outro tipo usa os elementos piezoelétricos para fazer vibrar uma porca ou acionar um parafuso. As vantagens desses motores são resolução nanométrica, velocidade e força disponível para seu tamanho. Esses motores já estão disponíveis comercialmente e sendo usados ​​em alguns robôs.

Nanotubos elásticos
Os nanotubos elásticos são uma promissora tecnologia muscular artificial no desenvolvimento experimental em estágio inicial. A ausência de defeitos nos nanotubos de carbono permite que estes filamentos se deformem elasticamente em vários por cento, com níveis de armazenamento de energia de talvez 10 J / cm3 para os nanotubos de metal. O bíceps humano poderia ser substituído por um fio de 8 mm de diâmetro deste material. Esse “músculo” compacto pode permitir que os futuros robôs superem e superem os humanos.

de detecção
Os sensores permitem que os robôs recebam informações sobre uma determinada medição do ambiente ou componentes internos. Isso é essencial para que os robôs executem suas tarefas e atuem sobre quaisquer alterações no ambiente para calcular a resposta apropriada. Eles são usados ​​para várias formas de medição, para fornecer aos robôs avisos sobre segurança ou mau funcionamento e para fornecer informações em tempo real sobre a tarefa que estão sendo executadas.

Tocar
As atuais mãos robóticas e protéticas recebem muito menos informações táteis do que a mão humana. Pesquisas recentes desenvolveram uma matriz de sensores táteis que imita as propriedades mecânicas e os receptores de toque das pontas dos dedos humanos. A matriz de sensores é construída como um núcleo rígido envolvido por fluido condutor contido por uma camada elastomérica. Os eletrodos são montados na superfície do núcleo rígido e conectados a um dispositivo de medição de impedância dentro do núcleo. Quando a pele artificial toca um objeto, o caminho do fluido ao redor dos eletrodos é deformado, produzindo mudanças de impedância que mapeiam as forças recebidas do objeto. Os pesquisadores esperam que uma importante função desses dedos artificiais seja ajustar a pegada robótica em objetos retidos.

Cientistas de vários países europeus e Israel desenvolveram uma prótese em 2009, chamada SmartHand, que funciona como uma verdadeira – permitindo que os pacientes escrevam com ela, digitam em um teclado, tocam piano e executam outros movimentos sutis. A prótese possui sensores que permitem ao paciente sentir a sensação real nas pontas dos dedos.

Visão
A visão computacional é a ciência e a tecnologia das máquinas que enxergam. Como disciplina científica, a visão computacional está preocupada com a teoria por trás dos sistemas artificiais que extraem informações das imagens. Os dados da imagem podem ter várias formas, como sequências de vídeo e visualizações de câmeras.

Na maioria das aplicações práticas de visão computacional, os computadores são pré-programados para resolver uma tarefa específica, mas os métodos baseados no aprendizado estão se tornando cada vez mais comuns.

Os sistemas de visão por computador contam com sensores de imagem que detectam radiação eletromagnética que é tipicamente na forma de luz visível ou infravermelha. Os sensores são projetados usando física de estado sólido. O processo pelo qual a luz se propaga e reflete as superfícies é explicado usando a óptica. Sensores de imagem sofisticados exigem até mesmo a mecânica quântica para fornecer uma compreensão completa do processo de formação de imagem. Os robôs também podem ser equipados com vários sensores de visão para melhor capacidade de calcular a sensação de profundidade no ambiente. Como os olhos humanos, os “olhos” dos robôs também devem ser capazes de se concentrar em uma área particular de interesse, e também se ajustar às variações nas intensidades de luz.

Há um subcampo dentro da visão computacional, onde os sistemas artificiais são projetados para imitar o processamento e o comportamento do sistema biológico, em diferentes níveis de complexidade. Além disso, alguns dos métodos baseados em aprendizado desenvolvidos dentro da visão computacional têm sua experiência em biologia.

De outros
Outras formas comuns de detecção na robótica usam o lidar, o radar e o sonar.

Manipulação
Robôs precisam manipular objetos; pegar, modificar, destruir ou ter um efeito. Assim, as “mãos” de um robô são muitas vezes referidas como efetores finais, enquanto o “braço” é referido como um manipulador. A maioria dos braços do robô possui efetores substituíveis, cada um permitindo que eles executem uma pequena variedade de tarefas. Alguns têm um manipulador fixo que não pode ser substituído, enquanto alguns têm um manipulador de propósito geral, por exemplo, uma mão humanóide. Aprender a manipular um robô geralmente requer um feedback próximo entre o humano e o robô, embora existam vários métodos para manipulação remota de robôs.

Pinças mecânicas
Um dos efeitos mais comuns é a pinça. Em sua manifestação mais simples, consiste em apenas dois dedos que podem abrir e fechar para pegar e soltar uma série de pequenos objetos. Os dedos podem, por exemplo, ser feitos de uma corrente com um fio de metal passando por ela. Mãos que se assemelham e funcionam mais como uma mão humana incluem a Mão das Sombras e a mão Robonauta. Mãos que são de complexidade intermediária incluem a mão de Delft. Garras mecânicas podem vir em vários tipos, incluindo fricção e englobando mandíbulas. Mandíbulas de atrito usam toda a força da pinça para manter o objeto no lugar usando o atrito. Mandíbulas englobando o objeto no lugar, usando menos atrito.

Garras de vácuo
Pinças a vácuo são dispositivos astrictivos muito simples que podem suportar cargas muito grandes desde que a superfície de preensão seja suave o suficiente para garantir a sucção.

Escolha e posicione robôs para componentes eletrônicos e, para objetos grandes, como pára-brisas de carros, geralmente use garras de vácuo muito simples.

Efeitos gerais
Alguns robôs avançados estão começando a usar mãos totalmente humanóides, como a Mão das Sombras, o MANUS e a mão Schunk. Estes são manipuladores altamente hábeis, com até 20 graus de liberdade e centenas de sensores táteis.

Locomoção

Robôs de rolamento
Para simplificar, a maioria dos robôs móveis tem quatro rodas ou várias faixas contínuas. Alguns pesquisadores tentaram criar robôs com rodas mais complexos com apenas uma ou duas rodas. Estes podem ter certas vantagens, como maior eficiência e peças reduzidas, além de permitir que um robô navegue em lugares confinados que um robô de quatro rodas não seria capaz de fazer.

Robôs de balanceamento de duas rodas
Robôs de balanceamento geralmente usam um giroscópio para detectar quanto um robô está caindo e, em seguida, acionam as rodas proporcionalmente na mesma direção, para contrabalançar a queda em centenas de vezes por segundo, com base na dinâmica de um pêndulo invertido. Muitos robôs de balanceamento diferentes foram projetados. Enquanto o Segway não é comumente pensado como um robô, ele pode ser considerado como um componente de um robô, quando usado como tal, o Segway se refere a eles como RMP (Robotic Mobility Platform). Um exemplo deste uso tem sido como o Robonaut da NASA que foi montado em um Segway.

Robôs de balanceamento de uma roda
Um robô de balanceamento de uma roda é uma extensão de um robô de balanceamento de duas rodas para que ele possa se mover em qualquer direção 2D usando uma bola redonda como sua única roda. Vários robôs de balanceamento de uma roda foram projetados recentemente, como o “Ballbot” da Carnegie Mellon University, que é a altura e a largura aproximadas de uma pessoa, e o “BallIP” da Tohoku Gakuin University. Por causa da forma longa e fina e capacidade de manobrar em espaços apertados, eles têm o potencial de funcionar melhor do que outros robôs em ambientes com pessoas.

Robôs esféricos orb
Várias tentativas foram feitas em robôs que estão completamente dentro de uma bola esférica, seja girando um peso dentro da bola ou girando as camadas externas da esfera. Estes também foram referidos como um bot orb ou um bot de bola.

Robôs de seis rodas
O uso de seis rodas em vez de quatro rodas pode proporcionar melhor tração ou aderência em terrenos externos, como em terrenos rochosos ou gramados.

Robôs rastreados
As faixas do tanque oferecem ainda mais tração do que um robô de seis rodas. As rodas de lagarta se comportam como se fossem feitas de centenas de rodas, portanto são muito comuns em robôs militares e ao ar livre, onde o robô deve dirigir em terrenos muito acidentados. No entanto, eles são difíceis de usar dentro de casa, como em carpetes e pisos lisos. Exemplos incluem Urban Robot “Urbie” da NASA.

Caminhada aplicada a robôs
Andar a pé é um problema difícil e dinâmico de resolver. Foram feitos vários robôs que podem andar de forma confiável em duas pernas, no entanto, nenhum deles foi feito tão robusto quanto um ser humano. Tem havido muito estudo sobre caminhadas inspiradas em humanos, como o laboratório AMBER, que foi estabelecido em 2008 pelo Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade A & M do Texas. Muitos outros robôs foram construídos que andam em mais de duas pernas, devido a esses robôs serem significativamente mais fáceis de serem construídos. Robôs ambulantes podem ser usados ​​em terrenos irregulares, o que proporcionaria melhor mobilidade e eficiência energética do que outros métodos de locomoção. Híbridos também foram propostos em filmes como I, Robot, onde eles andam sobre duas pernas e mudam para quatro (braços + pernas) quando vão para um sprint. Normalmente, robôs em duas pernas podem andar bem em pisos planos e ocasionalmente podem subir escadas. Ninguém pode andar por terrenos rochosos e irregulares. Alguns dos métodos que foram tentados são:

Técnica ZMP
O ponto de momento zero (ZMP) é o algoritmo usado por robôs como o ASIMO da Honda. O computador de bordo do robô tenta manter as forças inerciais totais (a combinação da gravidade da Terra e a aceleração e desaceleração da caminhada), exatamente opostas pela força de reação do solo (a força do piso empurrando o pé do robô). Desta forma, as duas forças se cancelam, não deixando nenhum momento (força fazendo com que o robô gire e caia). No entanto, não é exatamente assim que um humano caminha, e a diferença é óbvia para os observadores humanos, alguns dos quais apontaram que o ASIMO anda como se precisasse do lavatório. O algoritmo de caminhada do ASIMO não é estático, e algum balanceamento dinâmico é usado (veja abaixo). No entanto, ainda requer uma superfície lisa para andar.

Saltitar
Vários robôs, construídos nos anos 1980 por Marc Raibert no Laboratório de Pernas do MIT, demonstraram com sucesso uma caminhada muito dinâmica. Inicialmente, um robô com apenas uma perna e um pé muito pequeno poderia ficar de pé simplesmente pulando. O movimento é o mesmo de uma pessoa em um pula-pula. Quando o robô cai para um lado, ele pula levemente nessa direção, para se pegar. Logo, o algoritmo foi generalizado para duas e quatro pernas. Um robô bípede foi demonstrado correndo e até mesmo dando cambalhotas. Um quadrúpede também foi demonstrado, que poderia trotar, correr, andar de um lado para o outro. Para uma lista completa desses robôs, veja a página MIT Leg Lab Robots.

Balanceamento dinâmico (queda controlada)
Uma maneira mais avançada de um robô andar é usando um algoritmo de balanceamento dinâmico, que é potencialmente mais robusto do que a técnica do Momento Zero, pois monitora constantemente o movimento do robô e coloca os pés para manter a estabilidade. Esta técnica foi recentemente demonstrada pelo Dexter Robot da Anybots, que é tão estável que pode até pular. Outro exemplo é o TU Delft Flame.

Dinâmica passiva
Talvez a abordagem mais promissora utilize a dinâmica passiva, em que o momento dos membros em movimento é usado para maior eficiência. Demonstrou-se que mecanismos humanóides totalmente sem energia podem caminhar por um declive suave, usando apenas gravidade para se impulsionarem. Usando esta técnica, um robô precisa apenas fornecer uma pequena quantidade de potência do motor para caminhar ao longo de uma superfície plana ou um pouco mais para subir uma colina. Essa técnica promete tornar os robôs que andam pelo menos dez vezes mais eficientes que os walkers ZMP, como o ASIMO.

Outros métodos de locomoção

Vôo
Um avião de passageiros moderno é essencialmente um robô voador, com dois seres humanos para gerenciá-lo. O piloto automático pode controlar o avião para cada estágio da jornada, incluindo a decolagem, o vôo normal e até o pouso. Outros robôs voadores são desabitados e são conhecidos como veículos aéreos não tripulados (UAVs). Eles podem ser menores e mais leves sem um piloto humano a bordo e voar em território perigoso para missões de vigilância militar. Alguns podem até atirar em alvos sob comando. UAVs também estão sendo desenvolvidos, que podem disparar em alvos automaticamente, sem a necessidade de um comando de um ser humano. Outros robôs voadores incluem mísseis de cruzeiro, o Entomopter e o micro-helicóptero Epson. Robôs como o Air Penguin, o Air Ray e o Air Jelly têm corpos mais leves que o ar, impulsionados por pás e guiados por sonar.

Serpenteia
Vários robôs de cobra foram desenvolvidos com sucesso. Imitando a maneira como as cobras reais se movem, esses robôs podem navegar em espaços muito confinados, o que significa que um dia poderão ser usados ​​para procurar por pessoas presas em prédios desmoronados. O robô de cobra japonês ACM-R5 pode até mesmo navegar tanto na terra quanto na água.

Patinação
Um pequeno número de robôs de patinação foram desenvolvidos, um dos quais é um dispositivo de caminhada e patinação multimodo. Tem quatro pernas, com rodas sem motor, que podem ser acionadas ou roladas. Outro robô, Plen, pode usar um skate ou patins em miniatura e patinar em uma área de trabalho.

Escalada
Diversas abordagens diferentes foram usadas para desenvolver robôs que têm a capacidade de subir em superfícies verticais. Uma abordagem imita os movimentos de um alpinista humano em uma parede com protuberâncias; ajustando o centro de massa e movendo cada membro, por sua vez, para ganhar alavancagem. Um exemplo disso é o Capuchinho, construído pelo Dr. Ruixiang Zhang na Universidade de Stanford, Califórnia. Outra abordagem utiliza o método especializado em toe pad de geckoes de escalada na parede, que pode ser executado em superfícies lisas, como vidro vertical. Exemplos dessa abordagem incluem Wallbot e Stickybot. O Daily Technology da China informou em 15 de novembro de 2008 que o Dr. Li Hiu Yeung e seu grupo de pesquisa da New Concept Aircraft (Zhuhai) Co. Ltd. desenvolveram com sucesso um robô biônico chamado “Speedy Freelander”. De acordo com o Dr. Li, o robô lagartixa podia subir e descer rapidamente uma variedade de muros, atravessar fissuras no chão e na parede e andar de cabeça para baixo no teto. Ele também foi capaz de se adaptar às superfícies de vidro liso, paredes ásperas, pegajosas ou empoeiradas, bem como vários tipos de materiais metálicos. Também pode identificar e contornar obstáculos automaticamente. Sua flexibilidade e velocidade eram comparáveis ​​a uma lagartixa natural. Uma terceira abordagem é imitar o movimento de uma cobra subindo em um poste.

Natação (Piscine)
Calcula-se que ao nadar alguns peixes podem atingir uma eficiência de propulsão maior que 90%. Além disso, eles podem acelerar e manobrar muito melhor do que qualquer barco ou submarino fabricado pelo homem e produzir menos ruído e distúrbios da água. Portanto, muitos pesquisadores que estudam robôs subaquáticos gostariam de copiar esse tipo de locomoção. Exemplos notáveis ​​são o Robotic Fish G9, da Computer Science, da Universidade de Essex, e o Robot Tuna, construído pelo Institute of Field Robotics, para analisar e modelar matematicamente o movimento uniforme. O Aqua Penguin, projetado e construído pela Festo da Alemanha, copia a forma aerodinâmica e a propulsão dos “pinguins” dos pinguins. A Festo também construiu o Aqua Ray e o Aqua Jelly, que emulam a locomoção de manta ray e medusas, respectivamente.

Em 2014, o iSplash-II foi desenvolvido pelo aluno de doutoramento Richard James Clapham e pelo Prof. Huosheng Hu, da Essex University. Foi o primeiro peixe robótico capaz de superar o peixe carangiforme real em termos de velocidade máxima média (medida em comprimentos corpóreos / segundo) e resistência, a duração em que a velocidade máxima é mantida. Esta construção atingiu velocidades de natação de 11,6BL / s (ou seja, 3,7 m / s). A primeira versão, iSplash-I (2014), foi a primeira plataforma robótica a aplicar um movimento de natação carangiforme em todo o corpo que aumentou em 27% a velocidade de natação em relação à abordagem tradicional de uma forma de onda confinada posterior.

Vela
Robôs de veleiro também foram desenvolvidos para fazer medições na superfície do oceano. Um típico veleiro robótico é o Vaimos, construído pela IFREMER e pela ENSTA-Bretagne. Como a propulsão dos robôs de veleiro utiliza o vento, a energia das baterias é usada apenas para o computador, para a comunicação e para os atuadores (para afinar o leme e a vela). Se o robô estiver equipado com painéis solares, o robô teoricamente poderia navegar para sempre. As duas principais competições de robôs veleiros são o WRSC, que acontece todos os anos na Europa, e o Sailbot.

Ao controle
A estrutura mecânica de um robô deve ser controlada para executar tarefas. O controle de um robô envolve três fases distintas – percepção, processamento e ação (paradigmas robóticos). Os sensores fornecem informações sobre o ambiente ou sobre o próprio robô (por exemplo, a posição de suas juntas ou seu efetor final). Esta informação é então processada para ser armazenada ou transmitida e para calcular os sinais apropriados para os atuadores (motores) que movem a mecânica.

A fase de processamento pode variar em complexidade. Em um nível reativo, ele pode traduzir informações brutas do sensor diretamente nos comandos do atuador. A fusão do sensor pode ser usada primeiro para estimar parâmetros de interesse (por exemplo, a posição da pinça do robô) a partir de dados de sensores ruidosos. Uma tarefa imediata (como mover a garra em uma determinada direção) é inferida dessas estimativas. Técnicas da teoria de controle convertem a tarefa em comandos que acionam os atuadores.

Em escalas de tempo mais longas ou com tarefas mais sofisticadas, o robô pode precisar construir e raciocinar com um modelo “cognitivo”. Os modelos cognitivos tentam representar o robô, o mundo e como eles interagem. O reconhecimento de padrões e a visão computacional podem ser usados ​​para rastrear objetos. Técnicas de mapeamento podem ser usadas para construir mapas do mundo. Finalmente, o planejamento de movimento e outras técnicas de inteligência artificial podem ser usadas para descobrir como agir. Por exemplo, um planejador pode descobrir como conseguir uma tarefa sem atingir obstáculos, cair, etc.

Níveis de autonomia
Os sistemas de controle também podem ter níveis variados de autonomia.

A interação direta é usada para dispositivos hápticos ou teleoperados, e o humano tem controle quase completo sobre o movimento do robô.
Os modos de assistência do operador têm o operador comandando tarefas de nível médio a alto, com o robô automaticamente descobrindo como alcançá-las.
Um robô autônomo pode ficar sem interação humana por longos períodos de tempo. Níveis mais altos de autonomia não exigem necessariamente capacidades cognitivas mais complexas. Por exemplo, robôs em fábricas de montagem são completamente autônomos, mas operam em um padrão fixo.

Outra classificação leva em consideração a interação entre o controle humano e os movimentos da máquina.

Teleoperação Um humano controla cada movimento, cada mudança no atuador da máquina é especificada pelo operador.
Supervisório. Um humano especifica movimentos gerais ou alterações de posição e a máquina decide movimentos específicos de seus atuadores.
Autonomia em nível de tarefa. O operador especifica apenas a tarefa e o robô gerencia a si mesmo para concluí-la.
Autonomia total. A máquina irá criar e completar todas as suas tarefas sem interação humana.