Mão robótica gira objetos usando toque, não visão

Inspirada pela maneira fácil como os humanos manuseiam objetos sem vê-los, uma equipe liderada por engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveu uma nova abordagem que permite que uma mão robótica gire objetos apenas através do toque, sem depender da visão.

Usando sua técnica, os pesquisadores construíram uma mão robótica que pode girar suavemente uma grande variedade de objetos, desde pequenos brinquedos, latas e até frutas e vegetais, sem machucá-los ou esmagá-los. A mão robótica realizou essas tarefas usando apenas informações baseadas no toque.

O trabalho poderá auxiliar no desenvolvimento de robôs capazes de manipular objetos no escuro.

A equipe apresentou recentemente seu trabalho na 2023 Robotics: Science and Systems Conference.

Para construir seu sistema, os pesquisadores anexaram 16 sensores de toque à palma e aos dedos de uma mão robótica de quatro dedos. Cada sensor custa cerca de US$ 12 e tem uma função simples: detectar se um objeto está tocando nele ou não.

O que torna essa abordagem única é que ela depende de muitos sensores de toque de baixo custo e baixa resolução que usam sinais binários simples – com ou sem toque – para realizar a rotação robótica manual. Esses sensores estão espalhados por uma grande área da mão robótica.

Isto contrasta com uma variedade de outras abordagens que dependem de alguns sensores de toque de alto custo e alta resolução fixados em uma pequena área da mão robótica, principalmente nas pontas dos dedos.

Existem vários problemas com essas abordagens, explicou Xiaolong Wang, professor de engenharia elétrica e de computação na UC San Diego, que liderou o estudo atual. Primeiro, ter um pequeno número de sensores na mão robótica minimiza a chance de eles entrarem em contato com o objeto. Isso limita a capacidade de detecção do sistema. Em segundo lugar, sensores de toque de alta resolução que fornecem informações sobre textura são extremamente difíceis de simular, para não mencionar extremamente caros. Isso torna mais desafiador usá-los em experimentos do mundo real. Por último, muitas destas abordagens ainda dependem da visão.

“Aqui usamos uma solução muito simples”, disse Wang. “Mostramos que não precisamos de detalhes sobre a textura de um objeto para realizar esta tarefa. Precisamos apenas de sinais binários simples para saber se os sensores tocaram o objeto ou não, e estes são muito mais fáceis de simular e transferir para o mundo real.”

Os pesquisadores observam ainda que ter uma grande cobertura de sensores de toque binários dá à mão robótica informações suficientes sobre a estrutura e orientação 3D do objeto para girá-lo com sucesso sem visão.

Eles primeiro treinaram seu sistema executando simulações de uma mão robótica virtual girando um conjunto diversificado de objetos, incluindo alguns com formas irregulares. O sistema avalia quais sensores da mão estão sendo tocados pelo objeto em qualquer momento durante a rotação. Também avalia as posições atuais das articulações da mão, bem como suas ações anteriores. Usando essas informações, o sistema informa à mão robótica qual articulação precisa ir para onde no próximo momento.

Os pesquisadores então testaram seu sistema na mão robótica da vida real com objetos que o sistema ainda não encontrou. A mão robótica foi capaz de girar uma variedade de objetos sem parar ou perder o controle. Os objetos incluíam um tomate, um pimentão, uma lata de manteiga de amendoim e um pato de borracha de brinquedo, que foi o objeto mais desafiador devido ao seu formato. Objetos com formas mais complexas demoravam mais para girar. A mão robótica também poderia girar objetos em torno de diferentes eixos.

Wang e sua equipe estão agora trabalhando para estender sua abordagem a tarefas de manipulação mais complexas. Atualmente, eles estão desenvolvendo técnicas que permitem que mãos robóticas capturem, joguem e façam malabarismos, por exemplo.

“A manipulação manual é uma habilidade muito comum que nós, humanos, temos, mas é muito complexa para os robôs dominarem”, disse Wang. “Se pudermos dar essa habilidade aos robôs, isso abrirá a porta para os tipos de tarefas que eles podem realizar.”

Título do artigo: “Girando sem ver: em direção à destreza manual por meio do toque”. Os coautores incluem Binghao Huang*, Yuzhe Qin, UC San Diego; e Zhao-Heng Yin* e Qifeng Chen, HKUST.