Uma mão robótica de inspiração humana baseada em uma estrutura modular

Nos últimos anos, os roboticistas desenvolveram sistemas robóticos cada vez mais sofisticados, concebidos para imitar a estrutura e a função do corpo humano. Este trabalho inclui mãos robóticas, garras que permitem aos robôs agarrar objetos e manipulá-los como os humanos fazem ao realizar tarefas diárias.

Idealmente, as mãos robóticas deveriam ser capazes de realizar movimentos altamente precisos, ao mesmo tempo que eram relativamente acessíveis e fáceis de fabricar. No entanto, a maioria das estruturas de esqueleto de inspiração biológica para mãos robóticas introduzidas até agora têm designs altamente complexos contendo numerosos componentes avançados, o que os torna difíceis de fabricar em grande escala.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) criaram recentemente uma nova mão robótica altamente precisa que poderia ser mais fácil de aprimorar, já que seus componentes podem ser fabricados usando técnicas comumente empregadas, como impressão 3D e corte a laser. Sua mão robótica, apresentada em artigo publicado na revista Conferência Internacional IEEE 2023 sobre Soft Robotics (RoboSoft)baseia-se numa estrutura denominada modular, o que significa que compreende vários blocos de construção que podem ser reorganizados para alcançar diferentes movimentos.

“Embora as garras paralelas e as mãos robóticas com vários dedos sejam bem desenvolvidas e comumente usadas em ambientes estruturados, continua sendo um desafio na robótica projetar uma mão robótica altamente articulada que possa ser comparável às mãos humanas para lidar com várias tarefas diárias de manipulação e preensão.” Chao Liu, Andrea Moncada e seus colegas escreveram em seu artigo.

“A destreza geralmente requer mais atuadores, mas também leva a um design de mecanismo mais sofisticado e é mais caro para fabricar e manter. Materiais macios são capazes de fornecer conformidade e segurança ao interagir com o mundo físico, mas são difíceis de modelar.”

O objetivo principal do trabalho recente de Liu, Moncada e seus colaboradores foi criar uma mão robótica flexível que não exija componentes particularmente sofisticados e caros. Esta mão flexível, no entanto, ainda deve ser capaz de realizar movimentos mais avançados do que as garras robóticas que são baseadas exclusivamente em materiais rígidos, melhorando, em última análise, as habilidades de manipulação de objetos dos robôs.

“Este trabalho apresenta uma mão robótica híbrida de inspiração biológica que combina matérias moles e elementos rígidos”, escreveram Liu, Moncada e seus colegas. “A detecção é integrada aos corpos rígidos, resultando em uma forma simples de estimativa de pose com alta sensibilidade.”

A mão robótica modular criada pela equipe de pesquisa do MIT pode ser facilmente adaptada para melhor atender a diferentes aplicações. Por exemplo, os pesquisadores podem optar por adicionar ou remover dedos e organizar seus componentes de maneira diferente para obter tipos de preensão distintos ou aumentar seu desempenho em cenários específicos.

“A mão proposta tem uma estrutura modular que permite rápida fabricação e programação”, escreveram os pesquisadores. “O processo de fabricação é cuidadosamente pensado para que uma mão inteira possa ser feita com materiais de baixo custo e montada de maneira eficiente”.

Notavelmente, tanto os componentes rígidos quanto os macios usados ​​para criar a nova mão robótica são fáceis de fabricar. Os ‘ossos’ que compõem o esqueleto da mão podem ser impressos em 3D, enquanto ímãs, sensores e cabos contidos dentro dela estão prontamente disponíveis no mercado.

Para criar a pele que envolve os ossos, a equipe usou um processo simples de moldagem em duas etapas. Eles primeiro criaram diferentes peças de molde usando impressão 3D e depois usaram essas peças para moldar silicone no formato dos dedos.

Como parte do estudo, Liu, Monada e seus colegas criaram um protótipo de sua mão com cinco dedos e avaliaram seu desempenho. Eles descobriram que a mão poderia realizar com sucesso diferentes tipos de preensão, reproduzindo a maneira como as mãos humanas agarram e seguram vários objetos. Sua mão robótica foi capaz de agarrar com robustez vários objetos flexíveis e rígidos de diferentes tamanhos, incluindo um copo de plástico, uma caneta e um anel redondo de plástico.

A mão robótica poderá em breve ser desenvolvida e testada, para melhorar e validar as suas capacidades. Eventualmente, ele poderia ser integrado a outros membros robóticos para criar robôs humanóides escaláveis ​​que são melhores na manipulação de objetos.

“O trabalho futuro inclui um design de palma com uma rotação adicional DoF para o polegar, um design compacto do pulso para segurar a eletrônica e o desenvolvimento da estratégia de controle para manipulação e preensão hábeis”, concluem os pesquisadores em seu artigo.

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