“Vou fazer você manducar na palma da minha mão” é uma frase improvável que você ouvirá de um robô. Por que? A maioria deles não tem palmas.
Se você acompanhou o campo multiforme, segurar e segurar mais uma vez que os humanos tem sido um esforço seivoso contínuo. Agora, um novo design de mão robótica desenvolvido no Laboratório de Ciência da Computação e Lucidez Sintético (CSAIL) do MIT repensou a palma frequentemente esquecida. O novo design utiliza sensores avançados para um toque altamente sensível, ajudando a “extremidade” a manusear objetos com precisão mais detalhada e delicada.
O GelPalm possui um sensor maleável à base de gel encastoado na palma da mão, inspirado na natureza macia e deformável das mãos humanas. O sensor usa uma tecnologia peculiar de iluminação colorida que usa LEDs vermelhos, verdes e azuis para iluminar um objeto e uma câmera para tomar reflexos. Essa mistura gera modelos de superfície 3D detalhados para interações robóticas precisas.
E o que seria da palma sem os seus dedos facilitadores? A equipe também desenvolveu algumas falanges robóticas, chamadas ROMEO (“RObotic Modular Endoskeleton Optical”), com materiais flexíveis e tecnologia de detecção semelhante à da palma da mão. Os dedos têm um tanto chamado “complacência passiva”, que é quando um robô pode se ajustar às forças naturalmente, sem precisar de motores ou controle extra. Isto, por sua vez, ajuda no objetivo maior: aumentar a superfície de superfície em contato com os objetos para que possam ser totalmente envolvidos. Fabricados uma vez que estruturas únicas e monolíticas por meio de sentimento 3D, os designs dos dedos são uma produção econômica.
Além da destreza aprimorada, o GelPalm oferece interação mais segura com objetos, um tanto que é mormente útil para aplicações potenciais, uma vez que colaboração humano-robô, próteses ou mãos robóticas com detecção semelhante à humana para usos biomédicos.
Muitos projetos robóticos anteriores normalmente se concentravam em melhorar a destreza dos dedos. A abordagem de Liu muda o foco para fabricar um efetor final versátil e mais humano, que interage mais naturalmente com objetos e executa uma gama mais ampla de tarefas.
“Nós nos inspiramos nas mãos humanas, que têm ossos rígidos cercados por tecidos moles e flexíveis”, diz Sandra Q. Liu SM ’20, PhD ’24, designer-chefe do GelPalm, que desenvolveu o sistema uma vez que afiliado do CSAIL. e doutorando em engenharia mecânica. “Ao combinar estruturas rígidas com materiais deformáveis e compatíveis, podemos obter melhor o mesmo talento adaptativo que nossas mãos hábeis. Uma grande vantagem é que não precisamos de motores ou mecanismos extras para acionar a deformação da palma da mão – a complacência inerente permite que ela se adapte maquinalmente aos objetos, assim uma vez que nossas palmas humanas fazem com destreza.”
Os pesquisadores testaram o design da palma. Liu comparou o desempenho da detecção tátil de dois sistemas de iluminação diferentes – LEDs azuis versus LEDs brancos – integrados nos dedos ROMEO. “Ambos produziram reconstruções táteis 3D de subida qualidade semelhantes ao pressionar objetos nas superfícies de gel”, diz Liu.
Mas o experimento crítico, diz ela, foi examinar até que ponto as diferentes configurações das palmas poderiam envolver e segurar objetos de maneira fixo. A equipe colocou a mão na volume, literalmente espalhando tinta em formas plásticas e pressionando-as contra quatro tipos de palmas: rígida, estruturalmente comportável, comportável com gel e seu design de dupla conformidade. “Visualmente, e analisando os contatos da superfície de superfície pintada, ficou simples que a conformidade estrutural e de material na palma proporcionava significativamente mais aderência do que as outras”, diz Liu. “É uma maneira elegante de maximizar o papel da palma na obtenção de agarramentos estáveis.”
Uma limitação notável é o repto de integrar tecnologia sensorial suficiente na palma da mão sem torná-la volumosa ou excessivamente complexa. O uso de sensores táteis baseados em câmeras introduz problemas de tamanho e flexibilidade, diz a equipe, já que a tecnologia atual não permite facilmente uma cobertura extensa sem compromissos em design e funcionalidade. Resolver esta questão poderia valer desenvolver materiais mais flexíveis para espelhos e melhorar a integração de sensores para manter a funcionalidade, sem comprometer a usabilidade prática.
“A palma da mão é quase completamente ignorada no desenvolvimento da maioria das mãos robóticas”, diz o professor associado da Universidade de Columbia, Matei Ciocarlie, que não esteve envolvido no cláusula. “Levante trabalho é notável porque apresenta uma palma útil e propositalmente projetada que combina dois recursos principais, pronunciação e detecção, enquanto a maioria das palmas robóticas não possui nenhum deles. A palma humana é sutilmente articulada e altamente sensível, e leste trabalho é uma inovação relevante nessa direção.”
“Espero que estejamos avançando em direção a mãos robóticas mais avançadas que combinem elementos suaves e rígidos com sensibilidade tátil, idealmente nos próximos cinco a 10 anos. É um campo multíplice sem um consenso simples sobre o melhor design de mão, o que torna leste trabalho mormente emocionante”, afirma Liu. “Ao desenvolver o GelPalm e os dedos ROMEO, concentrei-me na modularidade e na transferibilidade para incentivar uma ampla gama de designs. Tornar esta tecnologia de insignificante dispêndio e fácil de fabricar permite que mais pessoas inovem e explorem. Uma vez que unicamente um laboratório e uma pessoa neste vasto campo, meu sonho é que compartilhar esse conhecimento possa desencadear avanços e inspirar outros.”
Ted Adelson, professor de ciência da visão John e Dorothy Wilson no Departamento de Ciências do Cérebro e Cognitivas e membro do CSAIL, é o responsável sênior de um cláusula que descreve o trabalho. A pesquisa foi apoiada, em secção, pelo Toyota Research Institute, Amazon Science Hub e pelo projeto SINTEF BIFROST. Liu apresentou a pesquisa na Conferência Internacional sobre Robótica e Automação (ICRA) no início deste mês.