Interface robótica domina um toque suave

A percepção de suavidade pode ser tida como certa, mas desempenha um papel crucial em muitas ações e interações – desde avaliar a maturação de um abacate até realizar um exame médico ou segurar a mão de uma pessoa querida. Mas compreender e reproduzir a percepção de suavidade é um desafio porque envolve muitos processos sensoriais e cognitivos.

Pesquisadores de robótica tentaram enfrentar esse desafio com dispositivos hápticos, mas tentativas anteriores não distinguiram entre dois elementos primários da percepção de suavidade: sinais cutâneos (feedback sensorial da pele da ponta do dedo) e sinais cinestésicos (feedback sobre a quantidade de força aplicada). a articulação do dedo).

“Se você pressionar um marshmallow com a ponta do dedo, é fácil dizer que ele está macio. Mas se você colocar um biscoito duro em cima do marshmallow e pressionar novamente, ainda poderá dizer que o marshmallow macio está por baixo, mesmo que a ponta do dedo está tocando uma superfície dura”, explica Mustafa Mete, Ph.D. aluno do Laboratório de Robótica Reconfigurável da Escola de Engenharia. “Queríamos ver se poderíamos criar uma plataforma robótica que pudesse fazer o mesmo.”

Com SORI (Softness Rendering Interface), o RRL, liderado por Jamie Paik, conseguiu exatamente isso. Ao dissociar sinais cutâneos e cinestésicos, o SORI recria fielmente a suavidade de uma variedade de materiais reais, preenchendo uma lacuna no campo da robótica e permitindo muitas aplicações onde a sensação de suavidade é crítica – desde a exploração em águas profundas até a cirurgia assistida por robô.

A pesquisa aparece no Anais da Academia Nacional de Ciências.

Todos nós sentimos suavidade de maneira diferente

Mete explica que estudos neurocientíficos e psicológicos mostram que os sinais cutâneos se baseiam em grande parte na quantidade de pele em contato com uma superfície, o que muitas vezes está relacionado em parte à deformação do objeto. Em outras palavras, uma superfície que envolva uma área maior da ponta do dedo será percebida como mais macia. Mas como as pontas dos dedos humanos variam muito em tamanho e firmeza, um dedo pode fazer maior contato com uma determinada superfície do que outro.

“Percebemos que a suavidade que sinto pode não ser a mesma que você sente, devido aos diferentes formatos de dedos. Portanto, para nosso estudo, primeiro tivemos que desenvolver parâmetros para as geometrias da ponta de um dedo e sua superfície de contato, a fim para estimar os sinais de suavidade da ponta do dedo”, explica Mete. Em seguida, os pesquisadores extraíram os parâmetros de suavidade de uma variedade de materiais diferentes e mapearam ambos os conjuntos de parâmetros no dispositivo SORI.

Com base na pesquisa de robôs de origami, marca registrada da RRL, que alimentou spinoffs para ambientes reconfiguráveis ​​e um joystick tátil, o SORI é equipado com juntas de origami acionadas por motor que podem ser moduladas para se tornarem mais rígidas ou mais flexíveis. Empoleirada no topo das juntas está uma membrana de silicone com covinhas. Um fluxo de ar infla a membrana em graus variados, para envolver a ponta de um dedo colocada em seu centro.

Com esta nova dissociação da funcionalidade cinestésica e cutânea, a SORI conseguiu recriar a suavidade de uma variedade de materiais – incluindo carne bovina, salmão e marshmallow – ao longo de vários experimentos com dois voluntários humanos. Também imitou materiais com atributos macios e firmes (como um biscoito em cima de um marshmallow ou um livro com capa de couro). Numa experiência virtual, a SORI até reproduziu a sensação de um coração a bater, para demonstrar a sua eficácia na renderização de materiais macios em movimento.

A medicina é, portanto, uma área primária de aplicação potencial para esta tecnologia; por exemplo, para treinar estudantes de medicina na detecção de tumores cancerígenos ou para fornecer feedback sensorial crucial a cirurgiões que utilizam robôs para realizar operações.

Outras aplicações incluem a exploração do espaço ou das profundezas do oceano assistida por robôs, onde o dispositivo poderia permitir aos cientistas sentir a suavidade de um objeto descoberto a partir de um local remoto. SORI é também uma resposta potencial para um dos maiores desafios da agricultura assistida por robôs: colher frutas e vegetais tenros sem esmagá-los.

“Isso não pretende funcionar como um sensor de suavidade para robôs, mas sim transferir a sensação de ‘toque’ digitalmente, assim como enviar fotos ou música”, diz Mete.