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Correio Braziliense

Engenheiros criam "pianista" biônica com impressora 3D

Com a técnica de impressão 3D, cientistas concebem mão robótica capaz de tocar sequências musicais simples, sem mexer os dedos. O método permitirá o desenvolvimento de máquinas inteligentes que aprendem e executam tarefas com gasto mínimo de energia


postado em 20/12/2018 06:00 / atualizado em 20/12/2018 10:32

Mecanismo é composto por materiais macios e rígidos que replicam os ossos e ligamentos de um órgão humano (foto: Josie Hughes/Divulgação )
Mecanismo é composto por materiais macios e rígidos que replicam os ossos e ligamentos de um órgão humano (foto: Josie Hughes/Divulgação )


Ela não chega a ser um virtuose. Mas, mexendo apenas o pulso, uma mão robótica impressa em 3D é capaz de tocar sequências musicais simples ao piano. Desenvolvida por pesquisadores da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, a peça deverá ajudar a melhorar movimentos de robôs, deixando-os mais naturais, ao custo mínimo de energia. Em um artigo publicado na revista Science Robotics, os cientistas relataram que a engenhoca foi capaz de reproduzir diferentes estilos de execução do instrumento sem mover os dedos de forma independente.

A mão robótica é composta por materiais macios e rígidos que replicam todos os ossos e ligamentos — mas não os músculos ou tendões — de um órgão humano. Ainda que isso limite a amplitude de movimento, os pesquisadores descobriram que ela tem um grande alcance, o que os deixou bastante entusiasmados. No artigo, os cientistas explicam que a movimentação complexa, seja em animais ou máquinas, resulta da interação entre o cérebro (ou controlador), o ambiente e o corpo mecânico.

As propriedades mecânicas e o design dos sistemas são importantes para o funcionamento inteligente e ajudam os animais e as máquinas a se moverem de maneiras complexas sem gastar quantidades desnecessárias de energia. “Podemos usar a passividade para alcançar uma ampla gama de movimentos em robôs: caminhar, nadar ou voar, por exemplo”, diz Josie Hughes, do Departamento de Engenharia de Cambridge, a primeira autora do estudo. “O design mecânico inteligente nos permite alcançar a máxima amplitude de movimento com custos mínimos de controle. Queríamos ver quanto movimento poderíamos obter apenas com a mecânica.”



Nos últimos anos, componentes leves começaram a ser integrados ao design de robótica graças aos avanços nas técnicas de impressão 3D, o que permitiu aos pesquisadores adicionarem complexidade a esses sistemas passivos. Fumiya Iida, cientista que liderou o estudo, lembra que a mão humana é incrivelmente complexa, e recriar toda a destreza e adaptabilidade em um robô representa um enorme desafio de pesquisa. A maioria dos robôs avançados atuais não é capaz de realizar tarefas de manipulação que crianças pequenas podem executar com facilidade, por exemplo.

Incorporação

 

“A motivação básica desse projeto é entender a inteligência incorporada, isto é, a inteligência em nosso corpo mecânico”, diz Iida. “Nossos corpos consistem em projetos mecânicos inteligentes, como ossos, ligamentos e peles que nos ajudam a nos comportar de maneira inteligente, mesmo sem o controle ativo do cérebro. Usando a moderna tecnologia de impressão 3D para confeccionar mãos suaves humanas, agora somos capazes de explorar a importância dos designs físicos, isolados do controle ativo, o que é impossível fazer com os pianistas humanos, já que o cérebro não pode ser ‘desligado’, como o nosso robô”, continua. “A execução de piano é um teste ideal para esses sistemas passivos, pois é um desafio complexo e com nuances que exigem uma gama significativa de comportamentos para alcançar diferentes estilos de execução da música”, complementa Hughes.

O robô foi “ensinado” a tocar com os cientistas considerando como a mecânica, as propriedades do material, o ambiente e a atuação do pulso afetam o modelo dinâmico da mão. Ao acioná-la pelo pulso, é possível escolher como a mão interage com o piano. Os pesquisadores programaram o robô para tocar uma série de pequenas sequências musicais com notas cortadas (stacato) ou lisas (legato), executadas por meio do movimento do pulso. “Exploramos apenas o básico neste momento, mas, mesmo com esse movimento único, ainda conseguimos obter um comportamento bastante complexo e com nuances”, afirma Hughes.

Apesar das limitações da mão robótica, os cientistas acreditam que o estudo impulsionará novas pesquisas sobre os princípios subjacentes da dinâmica do esqueleto para a realização de tarefas complexas de movimento, bem como entender melhor quais são as limitações dos sistemas de movimento passivos. “Essa abordagem pode mudar a forma como construímos a robótica”, diz Iida. “Podemos estender essa pesquisa para investigar tarefas de movimentação ainda mais complexas, e desenvolver robôs capazes de realizar procedimentos médicos ou de manipular objetos frágeis, por exemplo”, explica Hughes. “A abordagem também reduz a quantidade de aprendizado de máquina necessário para controlar a mão. Ao desenvolver sistemas mecânicos com inteligência embutida, faremos com que os robôs aprendam muito mais facilmente”, conclui.

Podemos estender essa pesquisa para investigar tarefas de movimentação ainda mais complexas, e desenvolver robôs capazes de realizar procedimentos médicos ou de manipular objetos frágeis, por exemplo”

Josie Hughes, pesquisadora do Departamento de Engenharia de Cambridge e principal autora do estudo

 

Pele ultrafina e flexível para robôs 

Tecido eletrônico: transferência de circuitos elétricos é desafio(foto: American Chemical Society/Divulgação )
Tecido eletrônico: transferência de circuitos elétricos é desafio (foto: American Chemical Society/Divulgação )


A pele humana contém células nervosas sensíveis que detectam pressão, temperatura e outras sensações que permitem interações táteis com o ambiente. Para ajudar os robôs e dispositivos protéticos a exibirem essas habilidades, cientistas tentam desenvolver tecidos eletrônicos. Agora, pesquisadores do Programa Carnegie Mellon Portugal anunciaram um novo método de fabricação do material que permite obter uma pele eletrônica ultrafina e elástica, com aplicações variadas nas interfaces homem-máquina.

Mahmoud Tavakoli, gestor científico do projeto, explica que a pele eletrônica tem várias aplicações, como dispositivos protéticos, monitores de saúde vestíveis, robótica e realidade virtual. Um grande desafio é a transferência de circuitos elétricos ultrafinos para superfícies 3D complexas. Outra dificuldade é obter material eletrônico flexível e esticável o suficiente para permitir o movimento. Alguns cientistas desenvolveram tatuagens eletrônicas flexíveis para essa finalidade, mas a produção ainda é lenta e cara.

Na nova abordagem, os pesquisadores projetaram um modelo de circuito em uma folha de papel de transferência de tatuagem com uma impressora a laser de mesa comum. Eles, então, revestiram o modelo com pasta de prata, que aderiu apenas à tinta do toner impresso. No topo da pasta, a equipe depositou uma liga metálica líquida de gálio-índio que aumentou a condutividade elétrica e a flexibilidade do circuito.

Finalmente, os cientistas acrescentaram componentes eletrônicos externos, como microchips, com uma cola condutora feita de partículas magnéticas alinhadas verticalmente, embebidas em um gel de álcool polivinílico. Por último, eles transferiram a tatuagem eletrônica para vários objetos e fizeram testes de aplicações diversas, como o controle de um braço protético robótico, o monitoramento da atividade muscular esquelética humana e incorporação de sensores de proximidade em um modelo 3D de uma mão. O trabalho foi publicado na revista ACS Applied Materials & Interfaces, da Sociedade Americana de Química.

 

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