Uma estratégia eficaz para operar remotamente robôs cobra

Os animais sempre foram uma grande inspiração para sistemas robóticos, pois oferecem exemplos naturais fascinantes de como diferentes estruturas corporais podem produzir movimentos e estilos de locomoção específicos. Enquanto a maioria dos robôs inspirados em animais são inspirados por espécies de animais com pernas, alguns roboticistas têm explorado o potencial de robôs com corpos que se assemelham aos de outros animais, incluindo cobras.

Os robôs inspirados em cobras têm características únicas que podem torná-los mais adequados do que outros robôs para algumas aplicações tecnológicas. Por exemplo, seus movimentos flexíveis e semelhantes aos de uma cobra podem torná-los vantajosos para a realização de cirurgias minimamente invasivas e intervenções endoscópicas, entrando no corpo do paciente pelo nariz e alcançando as áreas-alvo.

Apesar de suas vantagens, os métodos existentes para operar esses robôs à distância não são particularmente eficazes. Isso ocorre principalmente porque, embora os robôs semelhantes a cobras sejam hiper-redundantes (ou seja, eles têm um número grande ou infinito de graus de liberdade), os dispositivos eletrônicos usados ​​para controlar seus movimentos geralmente permitem que os usuários especifiquem apenas seis graus de liberdade.

Para superar essa limitação, uma equipe de pesquisadores da Leibniz University Hannover desenvolveu recentemente uma nova estratégia para manipular intuitivamente e remotamente os movimentos de robôs cobras hiper-redundantes. Esta estratégia, apresentada em artigo pré-publicado em arXivpermite que os usuários alterem os movimentos e a orientação de um robô semelhante a uma cobra, alterando sua forma o mínimo possível.

“Este artigo apresenta o SnakeTTP, um algoritmo unificado para telemanipulação intuitiva, realizando locomoção e reorientação de pivô para tarefas endoscópicas”, escreveram Tim-Lukas Habich e seus colegas em seu artigo. “O novo método baseado na cinemática inversa de prioridade de tarefa permite diferentes especificações de posição e orientação na prioridade mais alta e ajuste de forma dentro do espaço nulo. O ajuste de forma é realizado maximizando a similaridade de duas curvas usando a distância de Frechet enquanto especifica simultaneamente a posição e a orientação de o efetor final.”

Habich e seus colegas avaliaram seu algoritmo SnakeTTP pedindo a 14 participantes do estudo para controlar os movimentos do robô de cobra simulado e trazê-lo para uma área alvo dentro de um ambiente simulado. Seus resultados foram altamente promissores, pois os usuários que controlavam o robô de cobra simulado poderiam concluir com sucesso a tarefa de locomoção e também reorientar os movimentos do robô dentro de uma área alvo, alterando sua forma o mínimo possível.

“A nova abordagem de ajuste de forma baseada na distância de Frechet reduz o erro de forma em até 20,1%, em contraste com a estratégia clássica usando a distância euclidiana entre as posições de link atuais e desejadas”, escreveram Habich e seus colegas em seu artigo.

Embora o novo algoritmo de controle introduzido por esta equipe de pesquisadores tenha alcançado resultados promissores, até agora só foi testado em robôs simulados. Testes futuros em ambientes do mundo real e usando robôs de cobra reais podem validar ainda mais sua eficácia.

Em última análise, o algoritmo pode permitir que os pesquisadores controlem robôs de cobra e outros robôs hiper-redundantes (por exemplo, robôs inspirados em tentáculos de polvo) com maior precisão, ao mesmo tempo em que replicam melhor movimentos semelhantes a cobras ou tentáculos. Isso poderia, por sua vez, facilitar a implantação desses robôs em ambientes médicos, principalmente para realizar procedimentos cirúrgicos minimamente invasivos dentro do corpo humano.

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