Mão robótica manipula objetos complexos apenas pelo toque

Em termos de características humanas das quais os robôs provavelmente são os mais invejosos, os dedos devem estar no mesmo nível dos globos oculares e do cérebro. Nossos pequenos dedos carnudos têm uma quantidade absurda de destreza em relação ao seu tamanho, e tantos sensores embutidos neles que permitem manipular objetos complexos sem serem vistos. Obviamente, essas são capacidades que seria muito bom ter em um robô , especialmente se quisermos que sejam úteis fora das fábricas e armazéns.

Há duas partes neste problema: a primeira é ter dedos que podem funcionar como dedos humanos (ou tão próximos dos dedos humanos quanto é razoável esperar); a segunda é ter a inteligência necessária para fazer algo útil com esses dedos.

“Assim que adicionarmos feedback visual à mistura junto com o toque, esperamos ser capazes de obter ainda mais destreza e um dia começar a abordar a replicação da mão humana.”
–Matei Ciocarlie, Colômbia:

Em um artigo recém-aceito para a conferência Robotics: Science and Systems 2023, pesquisadores da Universidade de Columbia mostraram como treinar dedos robóticos para realizar manipulação hábil de objetos complexos sem deixá-los cair. Além do mais, a manipulação é feita inteiramente pelo toque, sem necessidade de visão.

Dedos robóticos manipulam objetos aleatórios¸ – um nível de destreza que os humanos dominam quando são crianças.Universidade Columbia

Esses dedos levemente grossos têm muita coisa acontecendo dentro deles para ajudar a tornar esse tipo de manipulação possível. Debaixo da pele de cada dedo há uma membrana refletora flexível, e sob essa membrana há uma matriz de LEDs junto com uma matriz de fotodiodos. Cada LED é ligado e desligado por uma fração de milissegundo, e os fotodiodos registram como a luz de cada LED reflete na membrana interna do dedo. O padrão dessa reflexão muda quando a membrana se flexiona, o que acontece se o dedo estiver em contato com alguma coisa. Um modelo treinado pode correlacionar esse padrão de luz com a localização e a amplitude dos contatos dos dedos.

Então, agora que você tem dedos que sabem o que estão tocando, eles também precisam saber como tocar em algo para manipulá-lo da maneira que você deseja, sem deixá-lo cair. Existem alguns objetos que são amigáveis ​​ao robô quando se trata de manipulação, e alguns que são hostis ao robô, como objetos com formas e concavidades complexas (formas de “L” ou “U”, por exemplo). E com um número limitado de dedos, fazer a manipulação com as mãos muitas vezes não garante que o objeto permaneça em uma pegada estável. Esta é uma habilidade chamada “andar com os dedos” e requer prática. Ou, neste caso, é preciso aprendizado por reforço (que, eu acho, é indiscutivelmente a mesma coisa). O truque que os pesquisadores usam é combinar métodos baseados em amostragem (que encontram trajetórias entre estados iniciais e finais conhecidos) com aprendizado por reforço para desenvolver uma política de controle treinada em todo o espaço de estados.

Embora esse método funcione bem, toda essa coisa de não visão é uma espécie de restrição artificial. Isso não quer dizer que a capacidade de manipular objetos no escuro ou na desordem não seja super importante, é apenas que há ainda mais potencial com a visão, diz Matei Ciocarlie, da Columbia: “Uma vez que também adicionamos feedback visual à mistura junto com o toque , esperamos poder alcançar ainda mais destreza e um dia começar a nos aproximar da replicação da mão humana.”

Exploração baseada em amostragem para aprendizado por reforço de manipulação hábilde Gagan Khandate, Siqi Shang, Eric T. Chang, Tristan Luca Saidi, Johnson Adams e Matei Ciocarlie da Columbia University, é aceito no RSS 2023.