Projetando a pinça macia ideal para diversas funcionalidades

A automação robótica se tornou um divisor de águas no enfrentamento da escassez de mão de obra. Enquanto as garras rígidas tradicionais automatizaram efetivamente várias tarefas de rotina, aumentando a eficiência e a produtividade em indústrias que lidam com objetos de especificações bem definidas, elas ficam aquém em setores como a indústria alimentícia, onde objetos delicados de tamanhos e formatos variados precisam ser manuseados. Nesses casos, um tipo mais especializado de garra é necessário.

“A robótica suave bioinspirada busca desenvolver tecnologias que se inspirem na natureza e aproveitem materiais e processos de fabricação avançados”, disse o Dr. Pablo Valdivia y Alvarado, professor associado da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD).

As pinças macias inspiradas na destreza e controle naturais das mãos humanas são particularmente adequadas para a indústria alimentícia. Elas podem se adaptar a objetos de tamanhos e formas variados, ao mesmo tempo em que distribuem as forças de forma mais uniforme, tornando-as ideais para manusear itens delicados.

Várias competições são organizadas para testar e desafiar as capacidades de soft grippers na execução de tarefas do mundo real. Um evento líder neste campo é a IEEE RoboSoft Manipulation Competition anual, onde o Professor Associado Valdivia y Alvarado e sua equipe garantiram o grande prêmio em 2022 e 2023.

Em seu artigo “Aplicações de uma pinça híbrida multimaterial acionada a vácuo: lições aprendidas com o desafio de manipulação do RoboSoft” publicado em Fronteiras em Robótica e IAeles compartilham insights e lições valiosas de sua participação nessas competições.

O design básico do gripper do grupo foi essencial, fornecendo uma base sólida para refinamentos subsequentes. Dado que certos detalhes da competição eram frequentemente divulgados no último minuto, a versatilidade era essencial. A equipe escolheu um design de gripper de três dedos, capaz de se adaptar a uma ampla variedade de formas e modos de agarrar.

Ao elaborar o protótipo, o Prof. Associado Valdivia y Alvarado e seu grupo priorizaram materiais que fossem duráveis, resistentes ao desgaste, seguros para alimentos e pele, e altamente elásticos, garantindo que a pinça pudesse se adaptar facilmente a diferentes objetos. Em vez de usar a atuação mais comum baseada em pressão positiva, a equipe optou pela atuação a vácuo para evitar o risco inerente de sobrecarga de pressão associado aos sistemas de pressão positiva.

A pinça híbrida macia acionada por vácuo da equipe foi projetada com dois componentes principais: dedos compostos macios e uma palma. Os dedos, inspirados na anatomia humana, apresentavam cunhas rígidas cobertas por uma pele fina e macia. Quando ativada pelo vácuo, a pele colapsa, fazendo com que os dedos se dobrem e agarrem objetos. A palma, projetada de forma semelhante, aumentou a capacidade de peso e o controle da pinça.

Este design de linha de base robusto permitiu recursos e capacidades adicionais em iterações posteriores. O Professor Associado Valdivia y Alvarado destacou o amplo potencial de preensão do gripper em comparação com outros soft grippers.

A equipe aprimorou ainda mais o design adicionando uma ventosa para aumentar a capacidade de carga útil e um prego curvo que funciona como um gancho. Essa adaptabilidade a desafios específicos de competição foi crucial para seu sucesso nas competições RoboSoft.

Ao refletir sobre as principais lições da experiência, o Professor Associado Valdivia y Alvarado enfatizou a importância da previsão e da versatilidade.

Ele enfatizou o valor de optar por soluções mais simples e eficientes em vez de engenharia complexa que pode retardar o tempo de processamento. Além disso, ele destacou a necessidade de um design versátil e modular, permitindo atualizações regulares conforme os detalhes da competição surgissem. Adaptabilidade era crucial.

Os cenários de competição da RoboSoft, baseados em aplicações do mundo real, demonstraram o potencial da pinça híbrida macia acionada a vácuo da equipe para tarefas como manuseio de alimentos, embalagem de alta mistura, segregação de resíduos e agricultura urbana. Com duas bolsas de comercialização de tecnologia já garantidas, a equipe está avançando no desenvolvimento de produtos e testes piloto.

Este projeto exemplifica a abordagem da SUTD de integrar design e tecnologia em pesquisa. O gripper, que ganhou o prestigioso Iron A’ Design Award, foi projetado para acomodar diversas funcionalidades em vários setores.

O professor associado Valdivia y Alvarado observou que sua metodologia de incorporar feedback constante da indústria garante que a pesquisa permaneça relevante, facilitando a transição de protótipos de laboratório para produtos comerciais prontos para usuários finais.