O sistema de curativo assistido por robótica acomoda diferentes poses, tipos de corpo e roupas

A maioria das pessoas considera que se vestir é algo garantido. Mas os dados do Centro Nacional de Estatísticas de Saúde revelam que 92% dos residentes em instalações de enfermagem e dos pacientes que recebem cuidados domiciliários necessitam de assistência para se vestir.

Pesquisadores do Instituto de Robótica (RI) da Universidade Carnegie Mellon veem um futuro onde os robôs poderão ajudar com essa necessidade e estão trabalhando para tornar isso possível.

“Notavelmente, os esforços existentes em curativos assistidos por robôs assumiram principalmente o curativo com uma gama limitada de poses de braço e com uma única vestimenta fixa, como uma bata de hospital”, disse Yufei Wang, Ph.D. estudante trabalhando em um sistema de curativo assistido por robô.

“Desenvolver um sistema geral para abordar a diversidade de roupas do dia a dia e as diversas capacidades de função motora é nosso objetivo geral. Também queremos estender o sistema a indivíduos com diferentes níveis de restrição de movimentos dos braços.”

O sistema de vestir assistido por robô aproveita os recursos da inteligência artificial para acomodar vários formatos do corpo humano, poses de braços e seleções de roupas. A pesquisa da equipe usou o aprendizado por reforço – recompensas pela realização de certas tarefas – para alcançar seu sistema geral de vestimenta. Especificamente, os pesquisadores deram ao robô uma recompensa positiva cada vez que ele colocava corretamente uma peça de roupa ao longo do braço de uma pessoa. Através do reforço contínuo, aumentaram a taxa de sucesso da estratégia de vestir aprendida do sistema.

Os pesquisadores usaram uma simulação para ensinar o robô a manipular roupas e vestir pessoas. A equipe teve que lidar cuidadosamente com as propriedades do material da roupa ao transferir a estratégia aprendida na simulação para o mundo real.

“Na fase de simulação, empregamos diversas propriedades de roupas deliberadamente aleatórias para orientar a estratégia de vestir aprendida pelo robô para abranger um amplo espectro de atributos de materiais”, disse Zhanyi Sun, aluno de mestrado do RI que também trabalhou no projeto. “Esperamos que as propriedades das roupas variadas aleatoriamente na simulação encapsulem as propriedades das roupas no mundo real, para que a estratégia de vestimenta aprendida em ambientes de simulação possa ser facilmente transferida para o mundo real.”

A equipe do RI avaliou o sistema robótico de curativos em um estudo em humanos com 510 testes de curativos em 17 participantes com diferentes formatos corporais, posturas de braços e cinco peças de vestuário. Para a maioria dos participantes, o sistema foi capaz de puxar totalmente a manga de cada peça de roupa até o braço. Quando calculada a média de todos os casos de teste, o sistema vestiu 86% do comprimento dos braços dos participantes.

Os pesquisadores tiveram que considerar vários desafios ao projetar seu sistema. Primeiro, as roupas são deformáveis ​​por natureza, tornando difícil para o robô perceber a peça inteira e prever onde e como ela se moverá.

“As roupas são diferentes dos objetos rígidos que permitem a estimativa do estado, por isso temos que usar uma representação de alta dimensão para objetos deformáveis ​​para permitir que o robô perceba o estado atual das roupas e como elas interagem com o braço humano”, disse Wang. “A representação que usamos é chamada de nuvem de pontos segmentada. Ela representa as partes visíveis das roupas como um conjunto de pontos.”

A interação segura entre humanos e robôs também foi crucial. Era importante que o robô evitasse aplicar força excessiva no braço humano e quaisquer outras ações que pudessem causar desconforto ou comprometer a segurança do indivíduo. Para mitigar esses riscos, a equipe recompensou o robô pela conduta gentil.

Pesquisas futuras poderão seguir em diversas direções. Por exemplo, a equipe deseja expandir as capacidades do sistema atual, permitindo-lhe colocar uma jaqueta nos braços de uma pessoa ou puxar uma camiseta pela cabeça. Ambas as tarefas requerem design e execução mais complexos. A equipe também espera se adaptar aos movimentos do braço humano durante o processo de vestir e explorar habilidades mais avançadas de manipulação do robô, como abotoar ou fechar o zíper.

À medida que o trabalho avança, os investigadores pretendem realizar estudos observacionais nas instalações de enfermagem para obter informações sobre as diversas necessidades dos indivíduos e as melhorias que precisam de ser feitas no seu atual sistema de curativos auxiliares.

Wang e Sun apresentaram recentemente sua pesquisa, “Uma política para vestir todos: aprendendo a vestir pessoas com poses e roupas diversas”, na conferência Robotics: Science and Systems. O estudo também está publicado no arXiv servidor de pré-impressão.