Apresentando o helicóide aparado, um braço robótico macio baseado na tromba de um elefante

No laboratório CREATE da EPFL, sob a orientação de Josie Hughes, foi feito um avanço no domínio da robótica suave. Inspirando-se no movimento versátil das trombas dos elefantes e dos tentáculos dos polvos, a equipe apresentou o helicóide aparado – uma nova estrutura robótica que promete maior conformidade e controle em projetos robóticos.

Com uma mistura de observação biológica aguçada e modelagem computacional, os pesquisadores revelaram agora o braço robótico flexível, capaz de realizar tarefas complexas, garantindo interações homem-robô mais seguras. As descobertas, detalhando a estrutura e a metodologia, são uma colaboração com o Departamento de Robótica Cognitiva da TU Delft e foram publicadas em npj robótica.

O professor Hughes declarou: “Através da invenção de uma nova estrutura arquitetônica, o helicóide aparado, projetamos um braço robótico que se destaca em controle, amplitude de movimento e segurança. Quando a nova arquitetura é combinada com atuação distribuída – onde vários atuadores são colocados ao longo de uma estrutura ou dispositivo – este braço robótico tem uma vasta gama de movimentos, alta precisão e é inerentemente seguro para interação humana.”

Enquanto os robôs tradicionais são rígidos, muitas vezes tornando-os inadequados para tarefas delicadas ou interações humanas próximas, o braço robótico flexível do CREATE foi projetado para interações mais seguras com humanos e adaptabilidade a uma ampla gama de tarefas. Com uma combinação sem precedentes de flexibilidade e precisão, a natureza suave e flexível do braço reduz os riscos potenciais durante as interações humano-robô. Isso abre portas para sua aplicação em cuidados de saúde, cuidados a idosos e muito mais.

Ao contrário dos seus homólogos rígidos, o braço flexível do robô pode adaptar-se a diferentes formas e superfícies, tornando-o uma ferramenta ideal para tarefas complexas, como colher frutas ou manusear itens frágeis. Na indústria, poderá tornar-se a solução ideal para linhas de montagem delicadas, trabalhando ao lado dos humanos, aumentando a sua capacidade em vez de os substituir. A indústria agrícola também poderia beneficiar do seu toque suave no manejo das colheitas, acompanhando os trabalhadores para diminuir a sua carga de trabalho durante os períodos intensos de colheita.

O cerne da pesquisa está na nova arquitetura do braço robótico. Os pesquisadores modificaram criativamente uma espiral em forma de mola, que eles chamam de “helicóide”, aparando partes dela para obter diversas funcionalidades. Este ato aparentemente simples permitiu-lhes controlar com precisão o quão flexível ou rígida a espiral se torna em diferentes direções.

Ajustando sua forma, eles podem tornar a parte interna resistente a esmagamentos e a parte externa flexível o suficiente para dobrar facilmente. Com este design especial, eles criaram um robô macio que pode se mover e agir de maneiras nunca antes vistas, mostrando o tipo de destreza e toque suave encontrados na natureza, como na tromba de um elefante ou no tentáculo de um polvo.

“Ao observar estes animais e desenvolver uma nova estrutura arquitectónica, pretendemos imitar esta amplitude de movimento e controlo encontrada na natureza”, observou Hughes. Para fazer isso, a equipe empregou modelagem computacional avançada para transformar observações em resultados tangíveis. Usando esses modelos, eles testaram iterativamente seus designs espirais inovadores – em um formato helicoidal final aparado.

Qinghua Guan e Francesco Stella, que lideraram a criação do robô, forneceram informações sobre o processo de design e otimização. “Introduzimos uma superfície específica no modelo de computador, depois aparamos e ajustamos. Os métodos computacionais nos guiam, ajudando a avaliar a estrutura geométrica ideal para máximo espaço de trabalho e conformidade.”

O resultado? Uma criação robótica, extraída da natureza, mas refinada com engenhosidade humana precisa e modelagem computacional. “No final, nossos modelos de computador foram precisos a tal ponto que só tivemos que construir uma versão do braço.”

Os avanços no laboratório CREATE da EPFL simbolizam uma mudança fundamental no campo da robótica. As aplicações robóticas tradicionais, dominadas pela mecânica rígida, poderão ver uma mudança em direção a esta contraparte mais suave e mais amigável ao ser humano. Uma patente foi registrada para este primeiro manipulador comercial suave, e uma start-up conjunta da EPFL e TU Delft foi lançada sob o nome Helix Robotics.

Como Hughes resumiu apropriadamente: “A fusão de observações aguçadas da natureza com modelagem computacional precisa revelou o potencial da robótica suave para futuras aplicações comerciais. À medida que avançamos, nosso objetivo é aproximar os robôs dos humanos, não apenas na proximidade, mas na compreensão e Esperamos que este braço robótico macio exemplifique um futuro onde as máquinas ajudem, complementem e compreendam as necessidades humanas mais profundamente do que nunca.”