A mão robótica usa materiais compatíveis para compreender objetos com destreza humana

Uma mão robótica desenvolvida na EPFL pode captar 24 objetos diferentes com movimentos humanos que emergem espontaneamente, graças a materiais e estruturas compatíveis, em vez de programação.

Quando você alcança sua mão para agarrar um objeto como uma garrafa, geralmente não precisa conhecer a posição exata da garrafa no espaço para buscá -lo com sucesso. Mas, como explica o pesquisador da EPFL Kai Junge, se você deseja fazer um robô que possa pegar uma garrafa, você deve saber tudo sobre o ambiente circundante com muita precisão.

“Como seres humanos, realmente não precisamos de muitas informações externas para entender um objeto, e acreditamos que isso é por causa dos compatíveis – ou macios – que acontecem na interface entre um objeto e uma mão humana”, diz Junge, Ph.D. Aluno do laboratório de design e fabricação de robôs computacionais da Escola de Engenharia (CREATE), liderado por Josie Hughes. “Essa conformidade é o que estamos interessados ​​em explorar para robôs”.

Na robótica, os materiais compatíveis são aqueles que se deformam, dobram e mole. No caso da mão robótica de adaptação robótica do Create Lab (rigidez programável antropomórfica adaptativa), os materiais compatíveis são relativamente simples: tiras de silicone enroladas em um pulso e dedos mecânicos, além de articulações com mola, combinadas com um braço robótico dobrável. Mas essa conformidade estrategicamente distribuída é o que permite ao dispositivo captar uma grande variedade de objetos usando alças “auto-organizadas” que emergem automaticamente, em vez de serem programadas.

Em uma série de experimentos, a mão adaptada, que pode ser controlada remotamente, conseguiu capturar 24 objetos com uma taxa de sucesso de 93%, usando alças auto-organizadas que imitavam uma compreensão humana natural com uma similaridade direta de 68%.

A pesquisa é publicada em Engenharia de Comunicações.

Inteligência robótica ‘de baixo para cima’

Enquanto uma mão robótica tradicional precisaria de um motor para agir cada articulação, a mão adaptada possui apenas 12 motores, alojados no pulso, por suas 20 articulações. O restante do controle mecânico vem de molas, que podem ser mais rígidas ou mais afastadas para ajustar a conformidade da mão e da “pele” de silicone, que também pode ser adicionada ou removida.

Quanto ao software, o Adapt Hand é programado para passar por apenas quatro waypoints gerais, ou posições, para levantar um objeto. Quaisquer adaptações adicionais necessárias para concluir a tarefa ocorrem sem programação ou feedback adicionais; Na robótica, isso é chamado de controle de malha aberta.

Por exemplo, quando a equipe programou o robô para usar um certo movimento, foi capaz de adaptar sua pose de compreensão a vários objetos que variam de um único parafuso a uma banana. Os pesquisadores analisaram essa extrema robustez – graças à conformidade espacialmente distribuída do robô – com mais de 300 garras e os compararam com uma versão rígida da mão.

“Desenvolver robôs que podem executar interações ou tarefas que os humanos fazem automaticamente é muito mais difícil do que a maioria das pessoas espera”, diz Junge. “É por isso que estamos interessados ​​em explorar essa inteligência mecânica distribuída de diferentes partes do corpo, como pele, músculos e articulações, em oposição à inteligência de cima para baixo do cérebro”.

Equilibrando a conformidade e controle

Junge enfatiza que o objetivo do estudo de adaptação não era necessariamente criar uma mão robótica que possa entender como um humano, mas mostrar pela primeira vez o quanto um robô pode alcançar apenas com a conformidade.

Agora que isso foi demonstrado sistematicamente, a equipe da EPFL está desenvolvendo o potencial de conformidade, reintegrando elementos do controle de circuito fechado na mão adaptada, incluindo feedback sensorial-VIA a adição de sensores de pressão à pele de silicone-e inteligência artificial. Essa abordagem sinérgica pode levar a robôs que combinam a robustez da conformidade com a incerteza e a precisão do controle de circuito fechado.

“Uma melhor compreensão das vantagens dos robôs compatíveis pode melhorar bastante a integração de sistemas robóticos em ambientes altamente imprevisíveis ou em ambientes projetados para humanos”, diz Junge.