Sistema inovador de detecção de formato e contato aumenta a segurança de robôs contínuos

Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão, Ishikawa, Japão
Quando um humano toca o robô, o robô muda seu movimento para evitar colisão. (Imagem:Van Anh Ho do JAIST)
Na natureza, muitos organismos, como os polvos com os seus tentáculos flexíveis ou os elefantes com as suas trombas, exibem uma destreza notável. Inspirados por essas estruturas naturais, os pesquisadores pretendem desenvolver robôs contínuos altamente flexíveis que ofereçam robustez e segurança. Idealmente, um robô contínuo é caracterizado por muitos graus de liberdade (DOFs) e pelo número de juntas, mais do que o necessário para a maioria das tarefas. Estas características permitem-lhes ajustar e modificar a sua forma de forma dinâmica, permitindo-lhes evitar obstáculos e situações inesperadas. No entanto, os seus movimentos complexos tornam difícil caracterizar a sua forma e movimento.

As técnicas analíticas tradicionais para obter soluções para problemas cinemáticos e dinâmicos de robôs contínuos dependem de modelagem complexa, aumentando o custo computacional. Alternativamente, sensores flexíveis incorporados em robôs contínuos podem ser usados ​​para rastrear sua forma e movimento, mas este método requer muitos sensores de baixa resolução, tornando o sistema complicado. Uma solução mais promissora é empregar um único módulo de detecção no final de um robô contínuo. No entanto, estudos anteriores nesta direção concentraram-se principalmente na postura do robô e não abordaram a detecção de contato.

Para colmatar esta lacuna, uma equipa de investigadores do Japão, liderada pelo Professor Associado Van Anh Ho do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão (JAIST), desenvolveu um novo sistema denominado ConTac. Este sistema pode estimar a forma e o contato de um braço robótico com a pele macia.

De acordo com o Dr. Ho, “o objetivo final deste sistema é ser implementado em um robô contínuo, mas neste estudo, nos concentramos na percepção usando um braço robótico articulado e pele macia para verificação”. A equipe incluiu os alunos do curso de doutorado Tuan Tai Nguyen e Quan Khanh Luu do JAIST, bem como o Dr. Dinh Quang Nguyen da universidade VNU-UET em Hanói.

O sistema ConTac consiste em uma espinha dorsal que imita a curvatura de um robô contínuo, pele macia com marcadores, uma câmera para observar a deformação da pele, modelos de forma e detecção de contato da pele e um regime de controle sensível ao contato. Este sistema pode ser aplicado a qualquer unidade ConTac ou qualquer outro robô com o mesmo mecanismo e formato sem qualquer calibração.

Uma unidade ConTac é um braço robótico montado com emulação contínua, com espinha dorsal e pele macia. Os pesquisadores também desenvolveram um controlador baseado em admitância para este sistema que usa informações perceptivas para guiar os movimentos do braço robótico. Além disso, a unidade ConTac é econômica e pode ser fabricada com materiais convencionais

Este sistema inovador emprega dois modelos de aprendizagem profunda para reconstrução de forma e detecção de contato da pele macia contínua. Esses modelos foram treinados inteiramente usando imagens de simulação e depois adaptados diretamente a robôs reais, sem ajustes finos, economizando tempo e recursos. A transferibilidade do sistema foi testada em duas unidades ConTac diferentes, que tiveram desempenho semelhante, sem quaisquer ajustes adicionais.

Destacando a importância deste estudo, o Dr. Ho disse:"O sistema ConTac destina-se a ser usado em uma variedade de sistemas robóticos sem a necessidade de ajustes complexos. Os braços robóticos flexíveis equipados com nosso sistema são ideais para agricultura inteligente e serviços de saúde onde os robôs devem navegar em ambientes com muitos obstáculos e interagir com segurança com os seres humanos. Sua suavidade e flexibilidade combinadas com a capacidade de sentir o ambiente os tornam perfeitos para interagir com plantas e pacientes".

Os princípios de detecção e controlo utilizados nesta estrutura podem levar a novos sensores tácteis que podem ser anexados a qualquer sistema robótico existente, oferecendo novos paradigmas de detecção e controlo para uma interacção segura entre homem e robô, sem alterar o design original do robô. "Imagine uma sociedade onde todos os robôs e máquinas possuam o sentido do tato. Esta transformação revolucionaria as indústrias e a vida quotidiana", disse o Dr.

Para mais informações, entre em contato com Van Anh Ho em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa ter o JavaScript habilitado para visualizá-lo.; +81 761-51-1584.