O reforço direcionado produz braços robóticos macios mais eficientes

A safra atual de robôs de IA deu saltos gigantescos quando se trata de pequenas atividades.

Há robôs realizando colonoscopias, conduzindo microcirurgias em vasos sanguíneos e células nervosas, projetando placas de circuito, construindo relógios delicados e conduzindo operações de retoque fino em pinturas clássicas desbotadas e envelhecidas dos mestres.

Os robôs são capazes de manusear objetos delicados graças ao que os pesquisadores chamam de conformidade passiva. Essa é a capacidade de mudar seu estado em resposta a tarefas específicas.

Suas “mãos” podem ajustar sua forma, por exemplo, para acomodar instrumentos de formatos estranhos. Ou podem ajustar a pressão usada para agarrar itens que vão desde caixas pesadas a frascos frágeis contendo produtos químicos voláteis, até a realização de cirurgias delicadas.

Essa conformidade passiva permite que as estruturas robóticas cedam ou se deformem em resposta às forças externas que encontram. Garante interações mais eficientes com seres humanos e, mais importante, operações mais seguras.

Os investigadores da Universidade de Harvard notaram, no entanto, que maior eficiência e segurança têm um custo. A conformidade passiva, dizem eles, restringe a capacidade de carga útil, impondo limites aos tipos de atividades que os robôs podem realizar.

Então, eles projetaram um modelo que incorpora melhorias que têm o potencial de “melhorar a eficácia [of robotic arms] em uma variedade de tarefas, incluindo manipulação de objetos e exploração de ambientes desordenados”, de acordo com um artigo publicado em 30 de agosto em Robótica Científica.

Esses “braços robóticos macios” incorporam a ideia de enrijecimento corporal localizado que, na verdade, fortalece o braço e permite o manuseio de cargas úteis maiores. Tal endurecimento é conseguido através do uso de atuadores de rigidez variável (VSAs) que controlam a flexibilidade do braço através do uso de mecanismos de alavanca e mola, materiais com memória de forma e componentes dependentes da temperatura.

“Os VSAs permitem que robôs de corpo rígido ajustem ativamente sua conformidade integrada durante a operação, permitindo um controle de movimento mais rápido e seguro”, disse Daniel Bruder, autor do estudo, “aumentando a capacidade de carga útil dos braços flexíveis do robô por meio de rigidez localizada”.

Os observadores podem ver o conceito de enrijecimento variável em jogo na natureza. O pepino-do-mar usa o enrijecimento para se salvar dos predadores, endurecendo sua casca instantaneamente quando ameaçado. Os pepinos-do-mar exibem flexibilidade quando se enterram no fundo lamacento do mar, mas enrijecem quando precisam ancorar no lugar.

“Nossos experimentos de hardware demonstram o benefício prático da conformidade ajustável e a viabilidade de implementar essa capacidade por meio de atuação antagônica”, disse Bruder.

Pesquisadores do MIT abordaram as mesmas questões. O Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial do instituto, trabalhando com o Toyota Research Institute, desenvolveu um robô que poderia segurar itens e aplicar uma quantidade de força ajustada para executar uma tarefa, como escrever uma palavra com uma caneta ou pressionar um líquido através de um seringa.

O sistema, chamado Series Elastic End Effects, usava garras de bolhas macias e câmeras para monitorar a atividade no espaço de seis dimensões – esquerda e direita, para cima e para baixo, para frente e para trás, guinada, rotação e inclinação.

Conforme explicado em uma postagem no blog do MIT no ano passado, “Robôs de corpo rígido e suas contrapartes só podem nos levar até certo ponto; suavidade e conformidade proporcionam o luxo e a capacidade de deformar, de sentir a interação entre a ferramenta e a mão”.

De acordo com Bruder, de Harvard, a pesquisa de sua equipe levará a braços robóticos muito mais capazes no futuro, “aumentando sua capacidade de carga útil sem sacrificar sua capacidade de usar a conformidade para navegar em ambientes ricos em obstáculos e interagir com segurança com humanos e objetos delicados”.

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