Robô treinado para ler braille com o dobro da velocidade dos humanos

Os pesquisadores desenvolveram um sensor robótico que incorpora técnicas de inteligência artificial para ler braille a velocidades aproximadamente o dobro da maioria dos leitores humanos.

A equipe de pesquisa da Universidade de Cambridge usou algoritmos de aprendizado de máquina para ensinar um sensor robótico a deslizar rapidamente sobre linhas de texto em braille. O robô foi capaz de ler braille a 315 palavras por minuto com precisão de quase 90%.

Embora o leitor braille robótico não tenha sido desenvolvido como uma tecnologia assistiva, os pesquisadores dizem que a alta sensibilidade necessária para ler braille o torna um teste ideal no desenvolvimento de mãos robóticas ou próteses com sensibilidade comparável à das pontas dos dedos humanos. Os resultados são relatados na revista Cartas de Robótica e Automação IEEE.

As pontas dos dedos humanos são extremamente sensíveis e nos ajudam a coletar informações sobre o mundo que nos rodeia. As pontas dos dedos podem detectar pequenas mudanças na textura de um material ou nos ajudar a saber quanta força usar ao agarrar um objeto: por exemplo, pegar um ovo sem quebrá-lo ou uma bola de boliche sem deixá-la cair.

Reproduzir esse nível de sensibilidade numa mão robótica, de forma energeticamente eficiente, é um grande desafio de engenharia. No laboratório do professor Fumiya Iida, no Departamento de Engenharia de Cambridge, os pesquisadores estão desenvolvendo soluções para esta e outras habilidades que os humanos consideram fáceis, mas que os robôs consideram difíceis.

“A suavidade das pontas dos dedos humanos é uma das razões pelas quais somos capazes de agarrar as coisas com a quantidade certa de pressão”, disse Parth Potdar, do Departamento de Engenharia de Cambridge e estudante de graduação no Pembroke College, o primeiro autor do artigo. “Para a robótica, a suavidade é uma característica útil, mas você também precisa de muitas informações do sensor, e é complicado ter as duas ao mesmo tempo, especialmente quando se lida com superfícies flexíveis ou deformáveis.”

Braille é um teste ideal para a “ponta do dedo” de um robô, pois sua leitura requer alta sensibilidade, uma vez que os pontos em cada padrão de letra representativo estão muito próximos uns dos outros. Os pesquisadores usaram um sensor disponível no mercado para desenvolver um leitor braille robótico que replica com mais precisão o comportamento de leitura humano.

“Existem leitores robóticos de braille, mas eles leem apenas uma letra de cada vez, o que não é como os humanos leem”, disse o coautor David Hardman, também do Departamento de Engenharia. “Os leitores robóticos de braille existentes funcionam de maneira estática: eles tocam um padrão de letra, leem-no, levantam-no da superfície, movem-se, abaixam-no para o próximo padrão de letra e assim por diante. Queremos algo que seja mais realista e muito mais eficiente .”

O sensor robótico usado pelos pesquisadores tem uma câmera na ponta do dedo e lê usando uma combinação das informações da câmera e dos sensores. “Este é um problema difícil para os roboticistas, pois há muito processamento de imagem que precisa ser feito para remover o desfoque de movimento, o que consome tempo e energia”, disse Potdar.

A equipe desenvolveu algoritmos de aprendizado de máquina para que o leitor robótico pudesse “desfocar” as imagens antes que o sensor tentasse reconhecer as letras. Eles treinaram o algoritmo em um conjunto de imagens nítidas em braille com desfoque falso aplicado. Depois que o algoritmo aprendeu a desfocar as letras, eles usaram um modelo de visão computacional para detectar e classificar cada caractere.

Depois que os algoritmos foram incorporados, os pesquisadores testaram seu leitor deslizando-o rapidamente pelas fileiras de caracteres braille. O leitor braille robótico podia ler 315 palavras por minuto com 87% de precisão, o que é duas vezes mais rápido e quase tão preciso quanto um leitor Braille humano.

“Considerando que usamos o desfoque falso para treinar o algoritmo, foi surpreendente o quão preciso ele era na leitura de braille”, disse Hardman. “Encontramos um bom equilíbrio entre velocidade e precisão, o que também acontece com leitores humanos.”

“A velocidade de leitura do Braille é uma ótima maneira de medir o desempenho dinâmico dos sistemas de detecção tátil, portanto, nossas descobertas podem ser aplicáveis ​​além do braille, para aplicações como detecção de texturas de superfície ou deslizamento na manipulação robótica”, disse Potdar.

No futuro, os pesquisadores esperam dimensionar a tecnologia para o tamanho de uma mão ou pele humanóide.