A maioria dos robôs alcança a preensão e a detecção tátil por meio de meios motorizados, que podem ser excessivamente volumosos e rígidos. Um grupo da Universidade Cornell desenvolveu uma maneira de um robô macio sentir o ambiente ao seu redor internamente, da mesma forma que os humanos.
Um grupo liderado por Robert Shepherd, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial e investigador principal do Laboratório de Robótica Orgânica, publicou um artigo que descreve como guias de ondas ópticas extensíveis atuam como sensores de curvatura, alongamento e força em uma mão robótica macia.
O estudante de doutorado Huichan Zhao é o autor principal de “Mão protética macia inervada optoeletronicamente por meio de guias de ondas ópticas extensíveis”, que é destaque na edição de estreia da Science Robotics. O artigo foi publicado em 6 de dezembro; também contribuíram os estudantes de doutorado Kevin O'Brien e Shuo Li, ambos do laboratório de Shepherd.
“A maioria dos robôs hoje tem sensores na parte externa do corpo que detectam coisas na superfície”, disse Zhao. “Nossos sensores estão integrados ao corpo, para que possam realmente detectar forças transmitidas através da espessura do robô, da mesma forma que nós e todos os organismos fazemos quando sentimos dor, por exemplo.”
Guias de onda ópticos estão em uso desde o início da década de 1970 para inúmeras funções de detecção, incluindo tátil, de posição e acústica. A fabricação era originalmente um processo complicado, mas o advento nos últimos 20 anos da litografia suave e da impressão 3D levou ao desenvolvimento de sensores elastoméricos que são facilmente produzidos e incorporados em uma aplicação robótica suave.
O grupo de Shepherd empregou um processo de litografia suave de quatro etapas para produzir o núcleo (através do qual a luz se propaga) e o revestimento (superfície externa do guia de ondas), que também abriga o LED (diodo emissor de luz) e o fotodiodo.
Quanto mais a mão protética se deforma, mais luz é perdida através do núcleo. Essa perda variável de luz, detectada pelo fotodiodo, é o que permite à prótese “sentir” o seu entorno.
“Se nenhuma luz fosse perdida quando dobramos a prótese, não obteríamos nenhuma informação sobre o estado do sensor”, disse Shepherd. “A quantidade de perda depende de como ela é dobrada.”
O grupo usou sua prótese optoeletrônica para realizar uma variedade de tarefas, incluindo agarrar e sondar tanto a forma quanto a textura. Mais notavelmente, a mão foi capaz de escanear três tomates e determinar, pela maciez, qual era o mais maduro.
Zhao disse que esta tecnologia tem muitos usos potenciais além das próteses, incluindo robôs de inspiração biológica, que Shepherd explorou junto com Mason Peck, professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial, para uso na exploração espacial.
“Esse projeto não tem feedback sensorial”, disse Shepherd, referindo-se à colaboração com Peck, “mas se tivéssemos sensores, poderíamos monitorar em tempo real a mudança de forma durante a combustão [através da eletrólise da água] e desenvolver melhores sequências de atuação para fazer ele se move mais rápido.”
O trabalho futuro sobre guias de onda ópticos em robótica suave se concentrará no aumento das capacidades sensoriais, em parte pela impressão 3-D de formatos de sensores mais complexos e pela incorporação do aprendizado de máquina como forma de desacoplar sinais de um número maior de sensores. “No momento”, disse Shepherd, “é difícil localizar de onde vem o toque”.
Este trabalho foi financiado por uma bolsa do Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea e fez uso do Centro de Ciência e Tecnologia Cornell NanoScale e os votos de Centro Cornell para Pesquisa de Materiais, ambos apoiados pela National Science Foundation.
- Tom Fleischman, Universidade de Cornell