Os robôs poderiam controlar chicotes? Pesquisadores testam os extremos do controle motor humano para avançar na robótica

Em qualquer dia, o Richards Hall, no campus de Boston da Northeastern University, fica repleto do som dos pés dos alunos ou das discussões enérgicas em sala de aula, mas esta semana você pode ter ouvido outra coisa: o estalar de um chicote.

O homem responsável por aquele som distinto de estalo é Jack Lepiarz, também conhecido como Jack the Whipper, um chicote treinado que se tornou famoso nas redes sociais.

Como parte de seu trabalho sobre controle do movimento humano, Dagmar Sternad, ilustre professora universitária de biologia, engenharia elétrica e de computação e física, e seu grupo de pesquisa no Action Lab da Northeastern estão analisando os movimentos de especialistas como Lepiarz, bem como de novatos em estalar chicotes. , para entender como os humanos manipulam objetos complexos, como chicotes.

“O objetivo do nosso laboratório é estudar o comportamento humano em tarefas complexas que vão além das simples tarefas de movimento que foram estudadas na neurociência do movimento, como o simples alcance ponto a ponto”, diz Mahdiar Edraki, Ph.D. aluno do Laboratório de Ação. “Sim, você pode entender muito sobre esses movimentos controlados experimentalmente, mas eles não fornecem muitos insights sobre o que os humanos fazem no mundo real. É aí que entra nosso laboratório, e isso [research] é um ótimo exemplo disso.”

Existem muitos movimentos complexos e interações com objetos que consideramos naturais, como amarrar os cadarços ou dobrar um cobertor. Ao compreender a dinâmica por detrás destas ações, os investigadores esperam obter uma nova visão sobre as formas como os humanos interagem com o mundo.

“Às vezes você vê pessoas carregando uma sacola de compras e, por exemplo, crianças balançando-a para frente e para trás”, diz Aleksei Krotov, outro Ph.D. estudante do Action Lab que está liderando o estudo do chicote. “Esta é provavelmente uma forma de aprendermos sobre os objetos com os quais interagimos.”

Os pesquisadores esperam que seu trabalho centrado no ser humano possa ajudar em aplicações robóticas, que é onde os chicotes entram em ação. Os chicotes são flexíveis e instáveis ​​e envolvem uma interação complexa entre as forças geradas pelo chicote e a pessoa que o utiliza.

Atualmente, os robôs não são capazes de fazer nada parecido com o tipo de controle motor afinado que os humanos exercem ao manusear chicotes.

“As formas tradicionais de controlar um robô para manipular um objeto não se aplicam aqui”, diz Edraki. “O robô precisa entender o que esperar deste objeto quando a força é aplicada a ele, então é aí que entram os desafios. Além de nossos estudos humanos, também estamos desenvolvendo novas técnicas para entender como um robô pode interagir com este objeto .”

Edraki e Krotov coletaram dados de mais de 40 participantes novatos. Eles também trouxeram pessoas como Lepiarz e outro chicote, Adam Winrich, para ver com que habilidade um especialista pode manipular um chicote.

Para capturar o movimento do chicote e de seus sujeitos, os pesquisadores criaram um chicote de quase 1,5 metro de comprimento e o cobriram com marcadores reflexivos de captura de movimento. Os participantes usam um traje de captura de movimento impermeável que também é coberto por sensores. Os pesquisadores então os encarregam de tentar acertar um alvo em diferentes situações, inclusive quando estão com os olhos vendados.

Eles usam 20 câmeras de captura de movimento de última geração para capturar cada movimento do corpo e cada desenrolar do chicote, que é reconstruído digitalmente, fornecendo todos os dados de que precisam.

É semelhante a como os artistas de efeitos visuais da Weta Workshop criaram Gollum usando os movimentos do ator Andy Serkis nos filmes “O Senhor dos Anéis” e “O Hobbit” –– exceto com mais chicotes.

Krotov diz ter notado que mesmo pessoas que nunca usaram um chicote antes conseguem desdobrá-lo com uma fluidez surpreendente.

“Assim que tivermos os dados, [involves] muita análise de como os diferentes movimentos do corpo e os movimentos do chicote são coordenados, para extrair se eles se conformam a padrões como o desdobramento suave do chicote”, diz Krotov.

No entanto, alguém como Lepiarz dá aos pesquisadores do Action Lab um nível diferente de visão sobre os pontos mais delicados do controle motor. Filho de um artista de circo, Lepiarz estala chicotes desde os 7 anos de idade. Quando ele tinha 17 anos, seu pai lhe deu seu primeiro chicote de Natal, “como fazem os pais normais”.

“Com um alvo, não estou tentando quebrá-lo o máximo que posso”, diz Lepiarz. “Estou tentando mantê-lo o mais controlado possível para cima e para baixo, e farei essa pequena torção com meu pulso enquanto desço para ajudar a mantê-lo reto. Isso é o que a técnica adequada com o estalar do chicote pode fazer porque quase não há músculo [put] nisso e ainda há uma rachadura.”

Lepiarz diz que está sempre atento à formação do chicote antes de brandi-lo, mesmo quando ele está atrás de sua cabeça. Essa é uma informação vital, especialmente para alguém que não apenas brande dois chicotes ao mesmo tempo, mas às vezes também os incendeia.

“Há um leve puxão na alça”, diz Lepiarz. “Considerando que, se eu não sentir esse puxão e tentar trazê-lo para frente, isso vai me atingir nas costas ou na nuca.”

Além da robótica, Sternad diz que compreender a ciência por detrás da manipulação de um chicote poderia não só fornecer novos conhecimentos para a neurociência e a robótica, mas também para a ciência clínica, no caso de pacientes com AVC, por exemplo.

“Um dos primeiros objetivos dos pacientes com AVC é reaprender a interagir com objetos porque eles precisam se alimentar e se vestir”, diz Sternad. “Estamos utilizando tarefas como transportar uma xícara de café para avaliar a gravidade da deficiência. É uma tarefa muito sensível para avaliações, melhor do que apenas colocar um bloco de A para B. Temos várias linhas de ataque para esse problema.”

Recuperar ações como mexer uma xícara de café é um dos primeiros objetivos da fisioterapia e da terapia ocupacional. Uma compreensão mais fundamental de como os humanos interagem com objetos complexos, como um chicote, pode, em última análise, ajudar a melhorar a terapia e os cuidados para indivíduos com deficiência neurológica, diz Sternad.