Investigadores da Universidade de Bristol construíram um modelo físico a partir de simples motores elétricos para estudar a coordenação dos músculos. De acordo com o seu trabalho, publicado na revista Interface da Royal Society, esta coordenação poderá emergir por si própria da configuração do sistema, sem necessidade de ser programada, e inspirar a robótica.
- Investigadores da Universidade de Bristol construíram um modelo físico com motores elétricos para estudar a coordenação muscular.
- Essa coordenação surge da própria configuração do sistema, sem ser programada.
- Este princípio pode permitir atuadores robóticos mais simples, que hoje exigem sensores e algoritmos complexos.
- Os autores acreditam que as máquinas poderão usar o próprio corpo para moldar os seus movimentos.
Os músculos transformam a energia química em movimento e produzem uma força regular, mesmo sendo constituídos por um número muito elevado de pequenos componentes moleculares. Quando a carga varia, adaptam-se sem vacilar nem ceder.
No centro do músculo encontra-se o sarcomero, unidade elementar de produção de força, formado por filamentos de actina e motores moleculares chamados miosina. Estes motores agarram-se, puxam e libertam repetidamente os cabos de actina, o que permite a contração das fibras musculares.
Em vez de reproduzir a química da miosina, os investigadores representaram-na por um «rotor» que só contribui quando está ligado mecanicamente a uma «coluna vertebral» física. O seu dispositivo de bancada reúne uma fila de pequenos motores elétricos ligados por uma estrutura mecânica comum, que puxam contra um fluido espesso, uma resistência comparável à suportada pelos motores biológicos.
Os motores não permanecem ligados permanentemente: cada um empurra brevemente a estrutura móvel e depois larga-a. Esta estrutura transmite assim o efeito de um motor ao seguinte, sem comunicação direta entre eles.
Uma coordenação sem maestro
Neste sistema simplificado, vários comportamentos próximos dos do músculo aparecem espontaneamente. Quando a resistência aumenta, os motores desenvolvem coletivamente uma relação entre carga e velocidade, e mais unidades contribuem para o esforço. Em certas condições, o movimento torna-se sacudido, com fases de tração interrompidas por deslizamentos súbitos. O sistema também pode formar ondas de coordenação que se propagam ao longo do dispositivo.
Os investigadores aproximam esta organização da dos flagelos e dos cílios, prolongamentos microscópicos de certas células eucariotas, como a cauda do espermatozoide. Também aqui, motores moleculares estão distribuídos ao longo de uma estrutura, o axonema, que transforma a sua atividade em ondas de flexão. No espermatozoide, estas ondas são essenciais para a mobilidade e fertilidade, enquanto os cílios fazem circular os fluidos nas vias respiratórias, com ligações à saúde e à doença.
Pistas para a robótica
Em robótica, fazer cooperar numerosos atuadores, ou seja, os «músculos» de um robô que convertem uma fonte de energia como a eletricidade em movimento, continua a ser difícil e dispendioso. Sensores, ciclos de retroação e algoritmos de controlo são frequentemente necessários, o que pode tornar o conjunto frágil e sujeito a erros.
Segundo os autores, um modelo onde a coordenação emerge da configuração deixa antever atuadores mais simples. Esta pista corresponde às investigações sobre robôs flexíveis, que utilizam materiais maleáveis, e sobre músculos artificiais destinados à robótica. Os investigadores estimam que este princípio poderá ser explorado, rumo a máquinas cujo corpo contribui para moldar os seus movimentos.
