Planejar uma missão autônoma

Autônomo x controle remoto

Existem dois jeitos de um robô fazer um trabalho. Quando ele é por controle remoto, uma pessoa o pilota em tempo real e decide cada movimento. Quando ele é autônomo, o robô roda o próprio programa e usa os sensores para decidir sozinho, sem ninguém pilotando.

Esta semana é sobre missões autônomas, porque na semana que vem você vai construir um robô que tem que fazer o trabalho dele sozinho. Isso quer dizer que todas as decisões precisam ser planejadas com antecedência e escritas no programa.

Por exemplo: Autônomos: um robô aspirador, um veículo explorador de Marte fazendo um percurso planejado, um robô de entregas na calçada; Por controle remoto: um carrinho de controle remoto, um drone com câmera num joystick, um robô de resgate que uma pessoa dirige pelo vídeo

Requisitos, restrições e critérios

Antes de construir, você planeja. Um requisito é o que o robô TEM que fazer: "levar o bloco até a zona azul". Uma restrição é um limite dentro do qual você tem que trabalhar: "em menos de 30 segundos", "usando só um sensor", "não maior que uma caixa de sapato". Critérios são como você vai julgar o sucesso: "para dentro da zona" e "nunca esbarra na parede".

Escrever isso tudo primeiro mantém o plano honesto. Se você não consegue dizer se o robô cumpriu o trabalho, é porque os seus critérios ainda não estão claros o bastante.

Por exemplo: Requisito: "achar o alvo e parar"; Restrição: "terminar em menos de um minuto"; Critério: "para a menos de 5 cm do alvo"

Trocas e o processo de projeto da engenharia

Quase nunca dá para ter tudo ao mesmo tempo. Uma troca é abrir mão de um pouco de uma coisa para ganhar mais de outra. Um robô que anda rápido pode perder a leitura do sensor e bater; deixá-lo mais devagar troca velocidade por confiabilidade. Raramente existe uma única resposta "certa": você escolhe a troca que melhor combina com os seus requisitos e restrições.

Na engenharia isso é resolvido com o processo de projeto: planejar, construir, testar, melhorar, e então recomeçar. Cada volta dessas é uma iteração. Você também pensa na eficiência: fazer o trabalho com menos passos, menos tempo ou menos energia, sem quebrar os seus critérios.

Por exemplo: Rápido x confiável; Programa simples x dar conta de mais obstáculos; Menos passos (eficiente) x verificações mais cuidadosas

Fluxogramas: desenhar o programa antes de programá-lo

Um fluxograma é um desenho dos passos do seu programa. As ações vão em retângulos ("andar para a frente", "parar"). As decisões vão em losangos e fazem uma pergunta de sim ou não ("Tem parede à frente?"), com uma seta de saída para o "sim" e outra para o "não". As setas ligam as caixas para você conseguir seguir o caminho que o robô vai fazer.

Desenhar o fluxograma primeiro deixa você achar problemas antes de construir. Um bom fluxograma autônomo sempre inclui um laço que fica conferindo um sensor e um final bem definido, que é onde entra a sua parada segura.

Por exemplo: Retângulo = ação; Losango = uma decisão de sim ou não; Setas = a ordem dos passos

Parar em segurança e robótica responsável

Um robô autônomo decide sozinho, então ele precisa de um jeito de parar em segurança: um comportamento programado que o faz parar quando o trabalho acaba ou quando alguma coisa (ou alguém) entra na frente. Sem uma parada segura, um robô autônomo pode continuar entrando numa parede ou numa pessoa.

Isso faz parte da robótica responsável: pensar na segurança e em quando uma pessoa deve continuar no comando. Robôs autônomos são ótimos em trabalhos chatos e repetitivos, mas para qualquer coisa arriscada (perto de gente, ou onde um erro possa machucar alguém) uma pessoa precisa poder supervisionar, assumir o controle ou desligar tudo.

Quem projeta de forma responsável também pensa na privacidade: um robô com câmera ou microfone coleta informação sobre as pessoas, então você só coleta o que o trabalho realmente precisa. Planeja-se para a falha: se um sistema quebrar, quem é responsável, e ele falha de um jeito seguro, parando em vez de seguir em frente? E decide-se em quais tarefas o robô deve apenas ajudar uma pessoa, em vez de comandar sozinho: um robô pode entregar um instrumento a uma enfermeira, mas quem toma a decisão médica é uma pessoa.

Por fim, bons robôs são projetados pensando em usuários e necessidades diferentes: quem usa pode ser jovem ou idoso, pode não ler o mesmo idioma, ou pode precisar de botões maiores, de som ou de luzes. Projetar para pessoas reais e variadas faz parte de fazer robótica com responsabilidade.

Por exemplo: Um robô aspirador para e dá ré na beirada de uma escada; Um robô de entregas para quando uma pessoa passa na frente; Uma pessoa mantém a mão perto do botão de parada durante os testes; Um robô doméstico só grava o que precisa e avisa antes de gravar; Um alerta usa luz e som ao mesmo tempo, para mais gente conseguir perceber

Robôs autônomos no mundo real

Robôs autônomos já fazem trabalhos de verdade, quase sempre chatos, sujos ou perigosos, e quase sempre com pessoas supervisionando. Olhar exemplos reais ajuda você a planejar a sua própria missão: cada um percebe o mundo, decide com um programa, age, e tem um jeito de parar em segurança.

Enquanto lê, repare no padrão da semana 1: entrada (um sensor), processamento (uma decisão), saída (uma ação), mais uma parada segura e uma pessoa que pode intervir.

Por exemplo: Robôs de entrega de galpão levam prateleiras até os trabalhadores, percebendo outros robôs para não esbarrar; Veículos exploradores de Marte percorrem rotas planejadas sozinhos, porque os comandos da Terra levam minutos para chegar; Robôs agrícolas percorrem as fileiras de plantação para checar as plantas ou arrancar o mato; Robôs de busca e resgate entram em escombros ou fumaça, onde é perigoso demais para uma pessoa; Robôs de inspeção submarina checam tubulações, cascos e cabos onde um mergulhador não consegue ir com segurança; Braços robóticos de fábrica soldam e montam a mesma peça com precisão, de novo e de novo, atrás de uma proteção de segurança; Ferramentas cirúrgicas robóticas permitem movimentos mais firmes e menores, e quem opera continua no comando o tempo todo

A missão de prática x os critérios dela

Rode a missão de prática guiada sempre a partir da mesma largada. Em cada rodada, registre o que aconteceu e compare com os critérios de sucesso do seu briefing.

O que medir: Se cada critério de sucesso foi cumprido, e o que mudar para o projeto final