Os módulos de robôs suaves personalizáveis ​​permitem novas interações hápticas

Os pesquisadores da EPFL desenvolveram um sistema robótico macio personalizável que usa o ar comprimido para produzir mudanças de forma, vibrações e outros feedback hápticos ou táteis em uma variedade de configurações. O dispositivo possui uma promessa significativa para aplicações em realidade virtual, fisioterapia e reabilitação.

Em contraste com sua versátil e bastante complexa 16 configurações possíveis, o design da estrutura dos dígitos, desenvolvido no laboratório de robótica reconfigurável na Escola de Engenharia da EPFL, é relativamente simples. Cada configuração é feita de vários módulos – ou dígitos – que são compostos por links rígidos unidos por juntas flexíveis. Essas juntas são controladas por bolsas de ar pressurizadas para alterar a forma e a rigidez dos módulos.

Em um estudo publicado recentemente em Sistemas Inteligentes AvançadosO chefe de laboratório de robótica reconfigurável, Jamie Paik, e sua equipe apresentam duas configurações de dígitos-o tanglove vestível e o tangiball de mão-demonstrando a versatilidade de sua estrutura.

“As interfaces hápticas ou táteis podem melhorar as experiências de realidade virtual, emulando o toque do mundo real e apoiar a reabilitação por meio de sistemas interativos. Mas há uma necessidade real de projetos e métodos de controle reconfiguráveis ​​mais generalizados”, explica Ph.D. estudante e primeiro autor Serhat Demirtas.

Graças ao seu design modular, a estrutura de dígitos tem potencial para uma ampla gama de aplicações, incluindo treinamento muscular progressivo e recuperação motora, além de diferentes configurações para interfaces hápticas em ambientes virtuais.

Combinar a riqueza sensorial do toque humano

Ao contrário de outros sentidos humanos, como visão e audição, que são amplamente passivos, a sensação de toque requer ações complexas, como esfregar ou agarrar, para perceber textura, temperatura, peso, forma ou rigidez. As tecnologias hápticas são, portanto, frequentemente desenvolvidas para um único uso ou aspecto do toque, pois é extremamente desafiador criar sistemas que podem combinar adaptabilidade e escalabilidade com uma experiência héptica realista.

A estrutura de dígitos enfrenta esse desafio graças à assinatura Robótica reconfigurável Tecnologia do laboratório de Paik. Notavelmente, abrange duas categorias principais de configuração robótica: cadeia fechada e cadeia aberta. Enquanto as estruturas de cadeia aberta consistem em séries de links conectados fixados em uma extremidade, como um braço robótico, as configurações de cadeia fechada geralmente têm um design de loop com duas extremidades fixas.

O tangiglove de cadeia aberta, portanto, lembra um exoesqueleto, que pode ser usado para fornecer feedback de rigidez ao usuário. Enquanto isso, o Tangiball de cadeia fechada possui quatro dígitos conectados que podem assumir até oito formas diferentes-distribuindo de um cubo a uma esfera-além de fornecer feedback de rigidez. Ambos os dispositivos também podem produzir vibrações.

Além de seu design modular, a estrutura de dígitos é notável por seu foco na atuação baseada em pneumática (ar comprimida), que é uma área subexplorada de robótica para experiências hápticas personalizadas. Para fechar essa lacuna, os cientistas estenderam o software de robótica de código aberto Feelix, permitindo que os usuários criem perfis de interação pneumática personalizados. O sistema baseado em aprendizado de máquina pode detectar alterações induzidas pelo toque nos módulos de dígitos e criar novas interações inteligentes e intuitivas-sem necessidade de codificação.

A equipe já planeja desenvolver o potencial de reabilitação da tecnologia, avaliando cenários terapêuticos e usabilidade a longo prazo. Eles também estão investigando uma ampla gama de aplicações por meio de novas configurações, especialmente aquelas que aproveitam as transições rápidas do dispositivo entre diferentes dimensões, formas e rigidez-um pré-requisito essencial para a interação em tempo real em ambientes virtuais e aumentados.

“Nosso objetivo com os módulos de dígitos é redefinir a interação humano-máquina por meio de robôs reconfiguráveis ​​que adaptam sua forma, rigidez e feedback háptico. Essa adaptabilidade suporta uma realidade virtual mais tangível, reabilitação eficaz e experiências mais ricas para todos-indefinir seu tamanho, capacidade e necessidade”, enfatiza o PAIK.