Uma garra robótica suave e versátil para uma colheita eficiente

As garras robóticas tornaram-se essenciais em muitos setores, incluindo manufatura, embalagem e logística, principalmente para tarefas de coleta e colocação. Recentemente, a procura por garras robóticas também se expandiu para a agricultura, onde são utilizadas para tarefas de colheita e embalagem.

No entanto, as garras robóticas convencionais lutam com as formas, propriedades e natureza delicada únicas das diferentes culturas. Consequentemente, tem havido uma demanda crescente por robôs mais versáteis que possam se adaptar a objetos com diversas formas, tamanhos e texturas.

Garras robóticas feitas de materiais macios surgiram como uma solução potencial para o problema acima. No entanto, os métodos atuais para adaptar essas garras a geometrias complexas dependem de controle e planejamento complexos gerados por modelos baseados em dados.

Estes modelos requerem uma grande quantidade de dados, limitando a sua aplicabilidade geral. Além disso, a integração de um sistema sensorial em seu corpo mole requer projetos complexos e métodos de fabricação sofisticados.

Para tal, uma equipa de investigadores do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão (JAIST), liderada pelo Professor Associado Van Anh Ho, juntamente com o Professor Assistente Nguyen Huu Nhan e o estudante de doutoramento Nguyen Thanh Khoi, desenvolveram uma inovadora pinça robótica macia. chamado Squeezing grippEr baseado em ROtation ou ROSE.

“ROSE se inspira nos estados de florescimento de uma rosa para gerar uma ação de agarrar. Ele oferece uma abordagem mais simples para a colheita em uma fazenda real, agarrando suavemente os objetos usando um fenômeno único de ‘enrugamento’.

“Ao contrário das pinças convencionais, o ROSE não requer estratégias complexas de controle e planejamento para se adaptar a diversos produtos agrícolas com diversos formatos, tamanhos e texturas”, explica o Prof. A equipe também empregou um modelo de simulação para compreender e otimizar totalmente o mecanismo de preensão do ROSE.

O estudo está publicado no Jornal Internacional de Pesquisa em Robótica.

ROSE consiste em uma câmara isolada em forma de copo formada por duas camadas finas e macias de elastômero, com separação entre as camadas interna e externa. Girar apenas a camada interna usando um motor externo produz uma deformação nas camadas.

Especificamente, este movimento de torção da camada interna resulta numa incompatibilidade de tensão entre as camadas externa e interna, resultando na formação de uma série de dobras internas semelhantes a rugas, um processo denominado “enrugamento”. Este mecanismo único encolhe o espaço central do ROSE, o que lhe permite agarrar suavemente qualquer objeto presente neste espaço central.

Para refinar esse mecanismo, os pesquisadores estudaram o processo de enrugamento por meio de um modelo de simulação baseado no método de elementos finitos. As simulações revelaram uma correlação entre diferentes características geométricas, incluindo espessura, diâmetro e altura. Notavelmente, eles descobriram que uma distribuição adequada da espessura da pele do ROSE, ou seja, a separação entre as camadas, tem uma influência significativa no seu desempenho de preensão.

Como resultado, os pesquisadores testaram duas estratégias diferentes de distribuição de espessura, nomeadamente distribuição linear e não linear, o que melhorou significativamente o desempenho de preensão do ROSE em comparação com uma espessura constante. Além disso, as simulações também destacaram a importância da relação entre o diâmetro e a altura da pinça.

Os resultados da simulação foram validados através de diversos experimentos, verificando a capacidade do ROSE em realizar tarefas difíceis para as garras tradicionais.

Os pesquisadores demonstraram as aplicações práticas do ROSE na agricultura, utilizando-o para colher morangos e cogumelos. A ROSE alcançou altas taxas de sucesso na colheita dessas culturas em vários testes, independentemente de serem duras ou moles. Ele também conseguiu pegar uma moita de cogumelos sem quebrar nenhum pedaço, desde que o tamanho da moita coubesse no espaço de agarramento.

“ROSE é uma das primeiras garras a utilizar a deformação por flambagem como método de preensão, desafiando a mentalidade convencional de que o fenômeno de flambagem é uma característica indesejada. Além disso, a aplicação prática do ROSE em ambientes agrícolas é uma virada de jogo para a colheita em fazendas reais .

“A capacidade do ROSE de se adaptar a texturas e formas variadas torna-o altamente eficaz nestas tarefas. Isto não só melhora a eficiência, mas também pode resolver a crescente escassez de mão-de-obra na agricultura, particularmente em regiões com populações envelhecidas”, afirma o Prof.

Este estudo marca um avanço significativo nas garras robóticas. Com posições de preensão suaves, mas adaptáveis, o ROSE pode inaugurar uma nova era de agricultura automatizada.