Motor de Passo

O que é?

Motores são definidos como atuadores, ou seja, eles convertem algum tipo de energia em energia mecânica. Nos atuadores o tipo de energia a ser convertida pode ser gerada por força de um líquido (como nas usinas hidrelétricas) , do ar (usado em cilindros pneumáticos) ou da eletricidade (usada nos motores DC ou AC).

O princípio básico de funcionamento dos motores envolve o campo magnético gerado pela passagem de corrente elétrica em bobinas e a atração ou repulsão de um ímã a esse campo que faz o eixo girar. O nome do motor de passo faz referência ao modo como esse giro se dá. Esse movimento é feito de modo discreto com um ângulo pré definido pelo hardware, que também define qual o tipo de motor de passo.

Tipos de motores de passo

O motor de passo utiliza corrente contínua em seu funcionamento e é composto por grupos de espiras, chamados de fases, de acordo com a passagem de corrente nas fases o motor gira um passo. Em seu eixo o motor pode ter uma ímã permanente ou não de acordo com o tipo e pode haver dentes na bobina e no eixo também. Os tipos de motores são: ímã permanente, relutância variável e híbrido.

Ímã permanente.

O motor de ímã permanente possui um ímã em seu eixo e de acordo com a passagem de corrente nas bobinas do estator o eixo gira para se alinhar o norte do ímã com o sul do campo e o sul do ímã com o norte do campo, essa rotação se dá a cada mudança de conjunto de bobinas energizadas e ela acontece em passos que são dados em ângulos.

Relutância variável.

O motor de relutância variável possui um eixo feito de ferro que possui dentes. No estator também se encontra grupos de bobinas que de acordo com a passagem de corrente gera campos. Os números de dentes e de bobinas são diferentes e não alinhados. De acordo com o campo gerado o eixo gira para alinhar o dente mais próximo ao campo para que haja passagem de campo magnético pelo eixo, assim ao se mudar o grupo de bobina energizado o eixo gira novamente para um novo alinhamento. Esse giro é feito também em passos e o ângulo rodado é de acordo com o número de bobinas e de dentes, sendo que a fórmula para se achar o ângulo é:

ϴ = [ 360 x (Nd -Nb) ] / [ Nd x Nb ]

Onde Nd é o número de dentes no eixo e Nb o número de bobinas no estator.

Híbrido.

O motor híbrido é uma mistura dos dois anteriores. Ele possui um eixo com dentes que são ímãs e no estator as bobinas também possui dentes. De acordo com a ativação de um grupo de bobina o eixo roda para que os dentes mais próximos se alinhem. Esse motor também possui o ângulo dos passos de acordo com o número de dentes do eixo e das bobinas.

Quais suas desvantagens?

Uma das desvantagens do motor de passo em relação aos motores DC é que mesmo não trabalhando os motores consomem correntes, o que acaba fazendo esse componente consumir mais energia.

Um dos principais pontos negativos do motor de passo é a falta de feedback em relação a posição. Por mais que o motor ande em passos conhecidos não há um sensor que retorna a posição como o servo motor. Porém, é possível resolver isso no software contando os números de passos dados.

Quais suas vantagens?

A principal vantagem desse motor é o fato dele girar em passos conhecidos, assim em um projeto como uma CNC que deve ter seu movimento com medidas precisas é possível movimentar a ferramenta uma distância requerida dando um número certo de passos. Além dessa precisão o fato dele andar em ângulos faz com que possa ter um controle da velocidade de rotação.

Outro ponto diferencial desse motor é que ele tem um torque maior que o motor DC em baixas velocidades o que possibilita mais a precisão do motor.

Aplicações

Câmeras digitais para as funções de foco e zoom.
Impressoras e scanners.
Controle da máquina de CNC.
Controle de posição de telescópio.
Aparelhos respiratórios.
Em laboratórios químicos para misturas de substâncias.
Em novos equipamentos de segurança.

Inteligência Artificial nos jogos eletrônicos

Quem nunca jogou aquela partida de FPS ou até mesmo pinball contra o computador? Há anos os jogos vêm se tornando “mais inteligentes”, devido ao desenvolvimento da inteligência artificial, que ganham cada vez mais espaço. Um caso famoso é o do robô da IBM que venceu uma partida de xadrez contra o campeão mundial, Garry Kasparov, na década de 90. Mas como as inteligências artificiais aprendem a jogar?

Com um trabalho minucioso, meses (ou anos) são dedicados para para a criação de um jogo eletrônico. A partir de uma boa ideia, equipes de designers gráficos, animadores e músicos são contratados para a realização da parte gráfica do jogo. Concomitantemente, entram em cena para o desenvolvimento da parte lógica do jogo, equipes de desenvolvedores e programadores. Essa parte lógica do jogo, que usufrui da Inteligência artificial, é responsável por deixar o jogo mais realista e desafiante.

Como assim mais realista e desafiante?

Sabe aquele personagem que se mexe por conta própria, que ataca de várias maneiras diferentes? Aí que a inteligência artificial está presente. Formalmente falando, a inteligência artificial é usada para gerar comportamentos responsivos, adaptativos ou inteligentes principalmente em personagens não-jogadores (famosos NPCs), semelhantes à inteligência humana.

Nos games, a IA trabalha de certa forma limitada de acordo com os comandos desenvolvidos por seus programadores. Quando uma inteligência artificial é criada, ela recebe linhas de códigos que podem ser descritas grosseiramente como uma ação X uma reação.

Podemos citar o exemplo de Dark Souls, que os personagens não jogáveis (NPC) reagem de acordo com o progresso do jogador. Por exemplo, a forma de você atacar, desviar são cogitadas no jogo, fazendo com que este aprenda suas estratégias, de acordo com as possibilidades internas do game. Além disso, vale citar que a Inteligência artificial está presente, também, em personagens no jogo que mudam de script a medida que você avança no jogo, isto é, há diferentes possibilidades de caminhos e finais no jogo. Pode-se citar, neste caso, o famoso jogo GTA V. As técnicas usadas tipicamente recorrem a métodos existentes no campo da inteligência artificial.

Métodos no campo da IA em jogos?

Visto as diversas modalidades de jogos existentes atualmente, tem-se a necessidade de utilizar métodos específicos para situações específicas, isto é, a inteligência artificial utilizada em um jogo de FPS possui algoritmos diferentes para a IA utilizada em um jogo de esportes, por exemplo. A seguir, eis algumas técnicas listadas pelo seção “aiforgames” do site WordPress:

FPS (First Person Shooter)

As técnicas mais utilizas nos jogos FPS são as de máquinas de estado finita (FSM – Finite State Machine) e a Lógica Fuzzy.

Na máquina de estados, o personagem está configurado com um série de regras e possui regras de transição para ver se o personagem deve alterar seu estado inicial, como por exemplo, se ele viu um oponente e se vale a pena ir atrás dele.

Adicionalmente existe dois tipos de FSM, as do tipo determinístico (AFD) e não-determinístico (AFN). No determinístico, para cada estado há exatamente uma transição para cada entrada possível, e no não-determinístico, pode haver nenhuma, uma ou mais. A desvaNtagem da FSM são os comportamentos repetitivos (“quanto mais complexo for o ambiente, aumenta o número de estados e transições na qual o FSM terá de prever”).

Já a Lógica Fuzzy ou Lógica Difusa permite representar valores além da lógica clássica, representa somente por 0 (FALSO) e 1 (VERDADEIRO), permitindo representar vários eventos não contáveis (ou imprecisos), como por exemplo 0,5 (TALVEZ).

Uma possibilidade é utilizar a lógica Fuzzy e a FSM, criando as Fuzzy FSMs (FuSMs), criando assim máquina de estado finitas com lógica Fuzzy, dando mais “inteligência” para os oponentes controlados pela máquina.

Jogos de Corrida

Esse gênero de jogo é outro dentre os mais jogados no mundo. Existem franquias para os mais diversos gostos, como os da franquia Need For Speed, que são do tipo arcade e para jogadores mais casuais, e também os da franquia Gran Turismo, em que o foco é o simulação, onde é possível controlar a troca de marchas, o tipo de pneu para determinada clima ou pista, e até a economia de gasolina, para que não acabe durante a corrida.

Uma das técnicas que podem ser utilizadas é a de algoritmos genéticos (AG). Um algoritmo genético é uma classe de algoritmo evolutivos que usam técnicas inspiradas pela biologia evolutiva como hereditariedade, mutação, seleção natural, e recombinação.

Em um jogo de corrida, a aplicação desse tipo de algoritmo é útil para criar vários tipo de carros, baseando-se em um deles. Isso diminui o tempo gasto para criação e aumenta a variedade de elementos dentro do jogo.

Jogos de Futebol

Os jogos de futebol são um dos tipos mais populares no Brasil, afinal, é o esporte mais adorado no país.

Uma das técnicas aplicadas em jogos de futebol é a de redes neurais. Elas são redes computadorizadas onde a sua estrutura é similar a um cérebro humano, tendo nós de rede (neurônios) e conexões entre os nós. A vantagem na rede neural é que ela pode aprender e armazenar informações para uso posterior. Num jogo de futebol, a aplicação de redes neurais pode ser utilizada para que jogadores de futebol aprendam a interceptar a bola durante uma partida.

Outra técnica é a Fuzzy, onde já comentou-se sobre seu uso nos jogos FPS. Ela pode ser aplicada por exemplo para definir se durante uma cobrança de pênalti o chute foi forte ou não.

Há limitação para inteligência artificial em jogos?

Como jogos eletrônicos são feitos com fins interativos, a inteligência artificial é limitada, pois uma IA avançada torna a dificuldade do jogo tão extrema que o jogador não consegue finalizar, ou, simplesmente, passar de fase.

Como explica o site “tecnosense”: “o mundo dos games sempre será limitado. Se você irá completar uma missão, o mundo será voltado para essa missão. Se você está numa sala rodeado de inimigos, o processamento do mundo será resumido à sala e quem estiver nela.”

Concluindo…

A cada dia, a Inteligência artificial está mais presente no cotidiano. O universo dos jogos eletrônicos é apenas um destes, porém, é bem visível e de “fácil compreensão” a aplicação da inteligência artificial nessa indústria. Infelizmente, no Brasil, esse ramo é pouco explorado, embora haja potencial para a criação de jogos, há a falta de investimentos.