Views: 46
– Pele artificial de inspiração biológica melhora a capacidade sensorial dos robôs
Courtesy TUM: A pele sintética sensível permite que os robôs percebam seus próprios corpos e arredores – uma capacidade crucial para que eles estejam em contato próximo com as pessoas. Inspirada na pele humana, uma equipe da Universidade Técnica de Munique (TUM) desenvolveu um sistema que combina pele artificial com algoritmos de controle e o usou para criar o primeiro robô humanóide autônomo com pele artificial de corpo inteiro.
A pele artificial desenvolvida pelo Prof. Gordon Cheng e sua equipe consiste em células hexagonais do tamanho de uma moeda de dois euros (ou seja, cerca de uma polegada de diâmetro). Cada um está equipado com um microprocessador e sensores para detectar contato, aceleração, proximidade e temperatura. Essa pele artificial permite que os robôs percebam seus arredores com muito mais detalhes e com mais sensibilidade. Isso não apenas os ajuda a se mover com segurança. Também os torna mais seguros quando operam perto de pessoas e lhes permite antecipar e evitar ativamente acidentes.
As células da pele foram desenvolvidas há cerca de 10 anos por Gordon Cheng, professor de sistemas cognitivos da TUM. Mas essa invenção só revelou todo o seu potencial quando integrada a um sistema sofisticado, conforme descrito na última edição da revista “Proceedings of the IEEE”
Mais capacidade de computação por meio da abordagem baseada em eventos
O maior obstáculo no desenvolvimento da pele de robô sempre foi a capacidade de computação. A pele humana possui cerca de 5 milhões de receptores. Os esforços para implementar o processamento contínuo de dados de sensores em pele artificial logo se deparam com limites. Os sistemas anteriores foram rapidamente sobrecarregados com dados de apenas algumas centenas de sensores.
Para superar esse problema, usando uma abordagem de NeuroEngineering, Gordon Cheng e sua equipe não monitoram as células da pele continuamente, mas com um sistema baseado em eventos. Isso reduz o esforço de processamento em até 90%. O truque: as células individuais transmitem informações de seus sensores somente quando os valores são alterados. Isso é semelhante à maneira como o sistema nervoso humano funciona. Por exemplo, sentimos um chapéu quando o vestimos, mas nos acostumamos rapidamente à sensação. Não há necessidade de notar o chapéu novamente até que o vento o sopre de nossa cabeça. Isso permite que nosso sistema nervoso se concentre em novas impressões que exigem uma resposta física.
Segurança mesmo em caso de contato corporal próximo
Com a abordagem baseada em eventos, o Prof. Cheng e sua equipe conseguiram aplicar a pele artificial em um robô autônomo do tamanho humano, não dependente de qualquer computação externa. O robô H-1 está equipado com 1260 células (com mais de 13000 sensores) na parte superior do corpo, braços, pernas e até nas solas dos pés. Isso dá uma nova “sensação corporal”. Por exemplo, com seus pés sensíveis, o H-1 é capaz de responder a superfícies irregulares do piso e equilibrar-se em uma perna.
Com sua pele especial, o H-1 pode até abraçar uma pessoa com segurança. Isso é menos trivial do que parece: os robôs podem exercer forças que prejudicariam seriamente um ser humano. Durante um abraço, dois corpos estão se tocando em muitos lugares diferentes. O robô deve usar essas informações complexas para calcular os movimentos corretos e exercer as pressões de contato corretas. “Isso pode não ser tão importante em aplicações industriais, mas em áreas como atendimento de enfermagem, os robôs devem ser projetados para um contato muito próximo com as pessoas”, explica Gordon Cheng.
Versátil e robusto
O sistema de pele de robô de Gordon Cheng também é altamente robusto e versátil. Como a pele consiste em células, e não em um único pedaço de material, ela permanece funcional, mesmo que algumas células parem de funcionar. “Nosso sistema foi projetado para funcionar sem problemas e rapidamente com todos os tipos de robôs”, diz Gordon Cheng. “Agora estamos trabalhando para criar células epiteliais menores, com potencial para serem produzidas em maior número”.
Publicações:
G. Cheng, E. Dean-Leon, F. Bergner, J. Rogelio Guadarrama Olvera, Q. Leboutet e P. Mittendorfer, “Uma realização abrangente da pele do robô: sensores, sensoriamento, controle e aplicações”. Anais do IEEE (2019). DOI: 10.1109 / JPROC.2019.2933348
Artigo relacionado: Futuros Robôs Humanoides