Hand robótico dexteroso integra sensores térmicos, inerciais e de força

Embora os roboticistas tenham introduzido sistemas cada vez mais avançados nas últimas décadas, a maioria dos robôs existentes ainda não é capaz de manipular objetos com a mesma habilidade de destreza e detecção que os seres humanos. Isso, por sua vez, afeta adversamente seu desempenho em várias tarefas do mundo real, desde tarefas domésticas até a limpeza de escombros após desastres naturais e a montagem ou executando tarefas de manutenção, particularmente em ambientes de trabalho de alta temperatura, como moinhos de aço necessários, onde as temperaturas elevadas podem degradar significativamente o desempenho e a compreensão da precisão necessária.

Pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia desenvolveram recentemente a mão do motivo (observação multimodal com sensores térmicos, inerciais e de força), uma nova mão robótica que poderia melhorar as capacidades de manipulação de objetos dos robôs humanóides. A inovação, apresentada em um artigo publicado no arxiv O servidor de pré -impressão, apresenta uma combinação de dispositivos de detecção, incluindo sensores táteis, sensores de profundidade, câmera térmica, sensores da unidade de medição inercial (IMU) e um sensor visual.

“Nosso artigo surgiu da necessidade de avançar a manipulação robótica além da sensação visual e tátil tradicional”, disse Daniel Seita, Hanyang Zhou, Wenhao Liu e Haozhe Lou à Tech Xplore. “As mãos robóticas com vários dedos atuais geralmente não possuem os recursos de detecção integrada necessários para tarefas complexas que envolvam a consciência térmica e o feedback de contato responsivo”.

O principal objetivo do estudo recente de Seita e seus alunos era desenvolver uma nova mão robótica versátil e multimodal inspirada nas mãos humanas, que poderia lidar com objetos com segurança e precisão. Ao utilizar a entrada mais abrangente do sensor, a mão que eles criaram pode realizar interações de objetos mais sutis em vários ambientes, de famílias a fábricas.

“O pensamento mais intuitivo no início é explorar como projetar adequadamente os sistemas que se alinham mais com as experiências perceptivas diárias humanas. Fomos inspirados por atividades comportamentais humanas”, explicou Zhou e Liu.

“Utilizamos várias mãos robóticas e deceptais disponíveis no mercado antes. Percebemos que muitos designs de hardware existentes se concentram em estruturas de transmissão mecânica, e os produtos que podíamos comprar diretamente não atendiam aos requisitos de detecção de muitas de nossas idéias de pesquisa. Essa experiência nos levou a buscar uma plataforma de hardware de diy-extensível que nos permitisse projetar e melhorar os dispositivos de acordo com nossa própria visão.

“A mão do motivo é uma mão robótica avançada que integra vários sensores – térmicos, profundidade, RGB (visual), inercial (IMU) e tátil – Onto uma única plataforma dexteriana”, explicou a equipe de pesquisa. “Ele estende o design da mão Leap amplamente utilizado, fornecendo recursos aprimorados de detecção. Suas principais vantagens incluem consciência ambiental abrangente, a capacidade de lidar com segurança aos objetos quentes e diferenciação entre objetos de aparência semelhante, mas diferentes propriedades físicas”.

Para avaliar o potencial da mão do motivo, os pesquisadores realizaram dois experimentos distintos em um laboratório. O primeiro experimento foi projetado para avaliar a capacidade da mão de compreender objetos, considerando sua temperatura, para evitar tocar em regiões particularmente quentes em sua superfície.

O segundo experimento envolveu a manipulação de objetos com a mesma forma, mas com pesos diferentes. Para classificar a massa de objetos, a mão executou movimentos simples do filme da ponta dos dedos enquanto os manuseiam.

“A conquista mais notável de nosso estudo é a integração de diversos sensores em uma única mão robótica degradante, aumentando significativamente suas capacidades de manipulação”, disse Lou. “Nossas descobertas mostram que a sensação térmica combinada com a reconstrução 3D orienta efetivamente a compreensão segura, e a detecção inercial permite classificação precisa de objetos em massa”.

Nos testes iniciais, a mão robótica introduzida por essa equipe de pesquisadores teve um desempenho extraordinariamente bem, segurando com segurança vários objetos, além de prever sua massa com boa precisão. No futuro, o Motif Hand poderia ser melhorado ainda mais e testado em uma gama mais ampla de experimentos para validar seu potencial para aplicações específicas.

Seita e seus alunos pensam que poderia ser particularmente promissor para enfrentar tarefas manuais em ambientes domésticos, cozinhas profissionais e ambientes industriais. Como a mão pode manipular com segurança objetos quentes e manipulá -los com boa precisão, ela pode superar outros sistemas existentes ao cozinhar pratos quentes, mas também quando soldagem ou aperto parafusos, pois essas tarefas exigem a estimativa precisa das forças e a adaptação das estratégias de manipulação com base na temperatura de um objeto.

“No futuro, planejamos aprimorar ainda mais a mão do motivo, integrando sensores adicionais de ponta de ponta de ponta de alta resolução (por exemplo, dígito 360) para fornecer feedback tátil ainda mais fino”, acrescentou Liu. “Também pretendemos refinar nossos algoritmos de detecção multimodal e explorar aplicativos adicionais em configurações complexas do mundo real, como tarefas avançadas de manipulação em mãos e ambientes que exigem interações térmicas e baseadas em força sofisticadas”.

“Este artigo apresenta um sistema de plataforma. Apresentamos este trabalho na semana passada na Conferência Iser 2025 em Santa Fe e trocamos nossas idéias com muitos ótimos pesquisadores. Realmente esperamos que ele inspire a comunidade a pensar em mais modalidades sensoriais em sua direção de pesquisa”, acrescentou Zhou.

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