Melhorar a ergonomia em domínios industriais com ‘cobots’ e sistemas vestíveis inteligentes

No Fórum Europeu de Robótica de 2024, que acontece em Rimini, Itália, pesquisadores do Istituto Italiano di Tecnologia (IIT- Instituto Italiano de Tecnologia) mostraram os resultados mais recentes do projeto SOPHIA: Um robô colaborativo para orientar os trabalhadores e aliviar a carga de sobrecarga tarefas como perfuração, robôs vestíveis para apoiar fisicamente o levantamento e transporte de cargas pesadas e dispositivos de feedback vestíveis para alertar os usuários sobre posturas inadequadas.

Estes são alguns exemplos das diferentes tecnologias SOPHIA desenvolvidas para ajudar os trabalhadores em ambientes industriais reais e melhorar a ergonomia, prevenindo Distúrbios Musculoesqueléticos. O projeto também contribuiu para a padronização ao criar um Acordo de Workshop CEN, uma diretriz para a implementação de ferramentas de avaliação de risco biomecânico em tempo real em domínios industriais.

A comunidade de robótica do IIT marcou presença no evento expondo diversas soluções robóticas resultantes de projetos de investigação da União Europeia: sementes de plantas com inteligência artificial (projeto iSeed), o robô humanóide R1 capaz de navegar como guia em museus (projeto CONVINCE), um cobot modular para ser utilizado por trabalhadores em estaleiros de construção (projecto CONCERT), o fato sensorizado iFeel para controlar tecnologias de avatar (projecto AnDy), uma mão macia protética e robótica (SoftHandPro), o humanóide AlterEgo (contribuindo para o projecto euROBIN), um 3D -tromba impressa, sensores de toque e pele artificial (projeto Probóscide) e o robô Centauro (projeto Centauro).

O projeto SOPHIA começou em 2020 com o objetivo principal de desenvolver uma nova geração de robôs colaborativos e sistemas vestíveis inteligentes para melhorar a ergonomia dos trabalhadores, bem como a flexibilidade de fabricação para alcançar a personalização em massa. O projeto, coordenado por Arash Ajoudani, Investigador Principal das Interfaces e Interação Homem-Robô (HRI²) no IIT em Gênova, envolveu 12 parceiros de seis estados membros europeus e durou 4 anos.

O projeto cumpriu os seus principais objetivos ao equipar os ambientes de trabalho industriais com um conjunto de tecnologias inovadoras. Isto inclui uma tecnologia de monitoramento em tempo real para avaliação proativa da ergonomia; robôs colaborativos de última geração (CoBots) com sistemas inteligentes de alta carga útil e locomoção ágil; e dispositivos vestíveis avançados que funcionam tanto como sistemas de feedback, fornecendo avisos e orientações, quanto como robôs vestíveis (wearBots) para suporte articular direcionado.

As ferramentas de monitorização da ergonomia desempenham um papel fundamental na prevenção de lesões músculo-esqueléticas (LME) decorrentes de má postura e condições de trabalho desfavoráveis. Estas ferramentas permitem facilitar a análise e o planeamento offline para a otimização do processo de trabalho, mas também a monitorização do estado humano em tempo real, para que os trabalhadores possam receber orientação e assistência, aumentando a ergonomia das suas ações.

Os SOPHIA CoBots são projetados para serem ágeis, colaborativos e facilmente adaptáveis ​​aos requisitos das tarefas em tempo real. Ao explorar o potencial de reconfiguração de um MObile Collaborative Robot Assistant (MOCA), diversas tarefas industriais podem ser executadas tanto de forma autônoma, explorando a resistência e precisão do robô, quanto em colaboração com uma contraparte humana. Na verdade, o MOCA está equipado com capacidades avançadas de monitorização do estado humano e de percepção do ambiente, o que facilita a interacção contínua e a execução eficiente de tarefas.

Os wearables SOPHIA incluem uma ampla gama de dispositivos, desde mecanismos de feedback até WearBots. O primeiro desempenha um papel crucial ao alertar os trabalhadores sobre posturas subótimas e condições de trabalho desafiadoras, orientando-os para alternativas mais saudáveis ​​através de diferentes modalidades (vibrotátil, estiramento da pele e cinestésico). Estes últimos são projetados para atender a necessidades ergonômicas específicas, como apoiar cotovelos, joelhos e áreas lombares, além de servir como auxiliares supranumerários de braço duplo.

As tecnologias SOPHIA foram testadas em três casos de utilização industrial, demonstrando elevado potencial para transformar a produção, combinando inteligência com segurança do trabalhador, mas também para aumentar a produtividade através da automatização (semi ou total) de tarefas que exigem esforço.

Os trabalhadores da Hankamp, ​​uma empresa fabricante de engrenagens e componentes de engrenagens de alta qualidade, e da HIDRIA, uma empresa líder mundial em tecnologias automotivas e industriais, testaram as tecnologias em casos de uso reais. Esta abordagem de co-design garantiu uma melhoria contínua das tecnologias SOPHIA através da avaliação contínua do desempenho, integrando feedback multinível – desde trabalhadores da linha de frente até engenheiros de processo e especialistas em produtividade.

Em vídeo divulgado hoje, pesquisadores mostram alguns exemplos de utilização das tecnologias SOPHIA. No chão de fábrica industrial nas instalações da Hankamp, ​​o CoBot transporta cargas pesadas enquanto o ser humano o move através de uma interface fácil de usar, sem qualquer necessidade de pré-programação.

No HIDRIA, o CoBot auxilia o operador a transportar alguns componentes mecânicos, replanejando a trajetória com base no nível de atenção do operador e no seu estresse psicofísico. Na Universidade de Twente (um dos parceiros do projeto), o exoesqueleto apoia o operador no transporte de cargas pesadas.

No IIT de Gênova, o operador ensina ao robô as trajetórias a serem executadas e as forças a serem exercidas sobre a mesa; em seguida, o operador orienta manualmente o CoBot para realizar tarefas aéreas, como perfuração, dispensando o ser humano de carregar até 16 kg de carga útil. No IIT, o operador também utiliza uma interface de Realidade Aumentada para obter instruções sobre a tarefa realizada junto ao CoBot; o robô responde às necessidades de flexibilidade de tarefas industriais comuns, como enchimento de caixas e classificação de itens.

O projeto SOPHIA impactou os esforços de padronização ao criar um Acordo de Workshop CEN, uma diretriz para a implementação de ferramentas de avaliação de risco biomecânico em tempo real. Esta diretriz estabelece melhores práticas para coleta e monitoramento de dados diretamente em ambientes de trabalho do mundo real; para avaliação em tempo real de riscos biomecânicos durante tarefas simples como levantar, empurrar/puxar, trabalho acima da cabeça e movimentos repetitivos dos membros superiores.

Além disso, a diretriz promove o uso de sensores vestíveis de nova geração e algoritmos de aprendizado de máquina. Essas ferramentas detectam níveis de risco alinhados com métodos estabelecidos encontrados nas séries ISO 11228, ISO 11226, ISO/TR 12295 e EN 1005.