Usando a matemática da bandeja de chá marroquina para transformar robôs em garçons qualificados

Pesquisadores do Instituto de Robótica e Inteligência de Máquinas de Munique (MIRMI) da Universidade Técnica de Munique (TUM) desenvolveram um modelo que permite que um robô sirva chá e café com mais rapidez e segurança do que os humanos – sem chapinhar. A matemática por trás do pêndulo usado no conceito tem mais de 300 anos.

Um robô pode ser um garçom melhor do que um ser humano? Para responder a essa pergunta, o Dr. Luis Figueredo, cientista sênior da equipe do Prof. Sami Haddadin, montou um braço robótico da fabricante especializada em robôs Franka Emika e conectou um computador. A mão do robô segura um copo cheio de água até a borda, levanta-o e o balança para frente e para trás sem derramar uma gota. “E faz isso com mais rapidez e segurança do que uma pessoa”, diz o cientista do Instituto de Robótica e Inteligência de Máquinas de Munique (MIRMI) da TUM.

Copiando o movimento da bandeja de chá marroquina

Como funciona? A equipe simplesmente alimentou o robô com fórmulas algébricas que datam de vários séculos. Eles basearam sua matemática em uma bandeja de chá marroquina que aplica o princípio de um pêndulo esférico.

Com o doutorando Riddhiman Laha e o aluno de mestrado Rafael I. Cabral Muchacho, Figueredo incorporou a dinâmica de um pêndulo esférico no software de controle do robô. Isso significa que os movimentos do robô são limitados pelos princípios básicos da geometria. Com sua equipe, ele também integrou os ângulos, velocidades e acelerações corretas no modelo. “Quando você entende como um pêndulo se move e sabe como ele funciona, de repente fica muito simples”, diz Figueredo.

A matemática de um pêndulo: uma solução simples para um problema complexo

A ciência do movimento livre de lama é um campo complexo. “A maioria das abordagens se concentrou principalmente em limitar a aceleração para manter o movimento dos líquidos sob controle. Ou eles trabalharam com a dinâmica dos fluidos para calcular como essas substâncias se comportam para prever as trajetórias”, explica Figueredo: “Isso leva pelo menos alguns minutos , senão horas, e o resultado ainda é incerto.”

Aplicações na área da saúde e no transporte de líquidos perigosos

Como aplicação prática, os cientistas inicialmente vislumbram um suporte robótico inovador para idosos e aqueles que necessitam de cuidados de enfermagem. “Mas as indústrias envolvidas no transporte de materiais que representam riscos biológicos e químicos provavelmente também estariam interessadas em uma solução como essa”, diz Figueredo.

A segurança continua sendo um ponto crítico: um robô deve, idealmente, ser capaz de reconhecer situações perigosas. “Para isso precisamos de uma melhor percepção”, diz Figueredo.

Os sensores permitiriam que a máquina não apenas reconhecesse as pessoas, mas também previsse seus movimentos. Essa é a única maneira de descartar completamente as colisões com o robô. Até agora, o robô está trabalhando com sensores táteis como mecanismo de segurança. No atual modo livre de respingos, o braço do robô se retrai instantaneamente quando detecta uma colisão, mas também mantém o líquido seguro.