Agarrando o futuro com uma combinação braço-mão robótica

Colocar a mão no bolso para pegar o telefone parece não ser grande coisa. Para um robô, no entanto, é. Como muitos gestos rotineiros que tomamos como certos, na verdade é muito complexo. Fazer isso requer grandes movimentos do braço, seguidos por movimentos mais delicados da mão para segurar e puxar o telefone para fora.

A manipulação de robôs hoje geralmente se concentra em movimentos com um braço de robô ou uma mão hábil, mas raramente ambos. Os robóticos Daniel Rakita, que trabalha com frequência em braços robóticos, e Aaron Dollar, especialista em preensão robótica, recentemente se uniram para um projeto que combina suas áreas de especialização. O trabalho será apresentado na 2023 International Conference on Robotics and Automation (ICRA). Acontece em Londres de 29 de maio a 2 de junho e é uma das maiores conferências de robótica do mundo. Vatsal Patel, Ph.D. candidato no laboratório de Dollar, é o principal autor.

“Eventualmente, se você quiser ver robôs em casa, ao redor de humanos e realizando tarefas complexas, precisamos de braços e mãos robóticos para trabalharem juntos”, disse Patel.

Combinar os movimentos do braço e da mão tem sido uma prioridade para a comunidade de robótica, mas é uma meta que vem com alguns desafios significativos. As partes de um sistema robótico que você pode controlar são conhecidas como graus de liberdade. Quanto maiores os graus de liberdade, mais você pode fazer com um robô – no entanto, isso também aumenta a complexidade do sistema. É, diz Rakita, “uma espécie de troca”.

Para seu braço/mão robótico, Rakita e Dollar desenvolveram algoritmos que podem lidar com um sistema de alta dimensão para obter a quantidade ideal de liberdade e controle. Um dos benefícios de ter graus extras de liberdade no nível da mão, bem como no nível do braço, é que o robô pode ter movimentos mais suaves e navegar melhor em seu ambiente.

“Por exemplo, se você imaginar um robô sendo capaz de alcançar uma gaveta e não quiser que seu antebraço descanse na própria gaveta, talvez o robô possa usar seus dedos para alcançar algo na gaveta enquanto evita colisões”, disse. disse Rakita, professor assistente de ciência da computação.

Intuitivamente, faz sentido que combinar mãos e braços permita que os robôs façam mais coisas. Mas por causa da complexidade adicional que vem com a combinação dos dois, observa Patel, braços e mãos de robôs sempre foram estudados como subsistemas separados.

“Acho que esta foi a primeira vez que alguém os unificou em um único modelo e caracterizou quantitativamente seus benefícios”, disse Patel.

Os maiores graus de liberdade adicionam manipulação, flexibilidade e destreza geral. Isso também significa que o sistema robótico tem soluções mais válidas para escolher para concluir uma tarefa. Isso requer um software mais sofisticado para identificar os melhores movimentos possíveis. Ou seja, você precisa dos algoritmos certos para selecionar esses movimentos dentre todos os outros — os “diamantes brutos”. No caso do sistema unificado de braço e mão dos pesquisadores, à medida que os graus de liberdade aumentavam, também aumentava a qualidade das soluções.

“Isso sugere que nossos algoritmos são capazes de identificar critérios importantes e, talvez mais fundamentalmente, braços e mãos complexos podem realmente se coordenar para alcançar movimentos mais eficazes juntos”, disse Rakita.

Rakita disse que os resultados de seu trabalho podem ser um trampolim para pensar sobre os benefícios que podem ser obtidos com a busca por outros algoritmos desse tipo. Ele acrescentou que o trabalho tem potencial para uso em um sistema de múltiplos robôs para realizar tarefas em ambientes centrados no ser humano.

“Muito do que me motiva no trabalho de robótica que faço são os cuidados domésticos e as tarefas médicas”, disse ele. “Eu adoraria que isso fosse usado, digamos, em um cenário de assistência domiciliar em que um robô pudesse ajudar nas tarefas domésticas ou cozinhar para pessoas que querem envelhecer em casa, mas precisam apenas de um pouco de ajuda em casa. .”

Patel enfatizou que o projeto é apenas um ponto de partida.

“Estamos mostrando que a estratégia de manipulação unificada funciona nessa configuração específica em uma variedade de braços e mãos, mas ainda há muito potencial aqui para um trabalho empolgante a ser feito nessa área”, disse ele.

No geral, disse Rakita, o sistema mostra o que pode ser feito por meio de colaborações entre os diferentes grupos de robótica que acontecem com frequência em Yale.

“Tivemos esse momento de lâmpada que acontece quando você junta essas ideias, e conseguimos esse efeito gestalt em que a soma das partes é maior que o todo”, disse ele. “Então as engrenagens começaram a funcionar.”