Braço robótico macio inspirado em polvo do IIT atua debaixo d’água

Um polvo consegue agarrar um caranguejo, forçar a abertura de uma concha ou enrolar um braço em torno de algo meio enterrado sem aparentar qualquer esforço consciente.

Essa destreza há décadas intriga quem trabalha com robótica, porque grande parte do “trabalho fino” não passa pelo cérebro central do animal.

Cada ventosa sente o que toca e responde quase de imediato, dando ao braço um nível de comando local que engenheiros têm dificuldade de reproduzir.

Agora, cientistas na Itália construíram um braço robótico macio que aproveita exatamente essa estratégia do polvo, permitindo perceber, agarrar e se adaptar debaixo d’água com bem pouca supervisão central.

Ventosas que detectam o toque

Barbara Mazzolai comanda o laboratório de Robótica Macia Bioinspirada no Instituto Italiano de Tecnologia (IIT), em Gênova, na Itália.

Há anos, Mazzolai estuda o polvo. E o grupo dela desenvolveu um braço robótico macio que incorpora uma de suas características mais marcantes.

Em cada ventosa de borracha, há um pequeno anel com luzes e detectores. Quando a ventosa encosta em algo, o material cede e se deforma; essa deformação altera a quantidade de luz que é refletida no interior.

A partir dessa variação de luz, o braço calcula quão forte foi o contato e para que lado ele “aponta”. Como os sensores ficam dentro das ventosas, sentir e reagir acontecem no mesmo ponto.

Como os polvos inspiram o controle de robôs

O polvo não envia cada movimento para um único cérebro central. Uma parcela grande dos seus neurónios fica nos braços, o que permite a cada braço perceber e agir com independência real.

Cerca de dois terços dessas células estão nos braços, e não na cabeça. Um estudo sobre a locomoção dos polvos mostrou que boa parte do controlo acontece nas próprias extremidades.

As ventosas também entram nessa “inteligência” distribuída. Repletas de terminações nervosas, elas agarram com firmeza e alimentam o braço com um fluxo contínuo de informações táteis.

Foi essa perceção local - feita no próprio membro - que a equipa de Mazzolai tentou transportar para uma máquina.

Mais autonomia para os braços

Em braços robóticos inspirados em polvo, existia um compromisso difícil.

Ou os engenheiros davam ao braço movimentos ricos, ou espalhavam sensação de toque pelo corpo; combinar as duas coisas sem torná-lo rígido e volumoso permanecia fora de alcance.

Neste projeto, as duas capacidades coexistem. Quando uma ventosa toca um objeto, ela se prende sozinha em frações de segundo, antes de qualquer controlador central intervir. A decisão começa no membro.

Depois, uma camada superior coordena o braço como um todo: reúne a direção de cada toque, interpreta como o objeto está posicionado e define se o braço deve curvar, torcer ou envolver o alvo.

Até este trabalho, nenhum braço inspirado em polvo tinha reunido perceção e esse tipo de tomada de decisão num corpo tão fino e macio.

Construindo um robô ainda mais macio

O formato do braço lembra o do animal. Ele afina de uma base mais grossa para uma ponta mais estreita e tem cerca de 41 cm de comprimento.

Dez ventosas ficam alinhadas num dos lados, diminuindo de aproximadamente 2,0 cm perto da base para cerca de 1,3 cm na extremidade.

Três cabos internos, tracionados por motores na base, fazem o conjunto curvar e torcer para ambos os lados.

O corpo é moldado em silicone elástico: macio o suficiente para se adaptar a uma superfície irregular, mas resistente para operar submerso.

“Percepção e ação são integradas e distribuídas por todo o corpo”, disse Mazzolai sobre o desenho.

Para ela, o atrativo está numa máquina que sente e se move com o corpo inteiro, e não a partir de uma única “caixa” de controlo.

Lendo o toque debaixo d’água

No laboratório, os sensores táteis mostraram estabilidade e um nível de detalhe surpreendente. Ao pressionar uma ventosa, o braço informa a força aplicada.

Se o toque acontece deslocado para um lado, o sistema indica de que direção veio o empurrão com uma margem de cerca de 18 graus - precisão suficiente para orientar a ação.

O braço também consegue estimar peso. Num teste, ele se fixou a um recipiente pequeno cheio de água e calculou a tração em perto de 71 g, próximo do valor real, de aproximadamente 85 g.

O desempenho foi semelhante no seco e no molhado, e as medições permaneceram consistentes ao longo de centenas de pressões.

Outras equipas já criaram braços inspirados em polvo para agarrar objetos subaquáticos, como mostra um artigo relacionado, mas muitas soluções dependiam de componentes volumosos ou de computadores externos.

Pegada subaquática na prática

Com tudo integrado, o braço passa a procurar objetos por conta própria. Submerso num tanque, ele varre a água lentamente até que uma ventosa roce em alguma coisa; então, para, interpreta o contacto e aproxima o restante do braço.

Nos ensaios, ele agarrou vários objetos comuns debaixo d’água, incluindo uma garrafa de vidro, uma barra fina e uma estrela-do-mar de brinquedo. Em cada tentativa, o sistema avaliou a orientação do objeto e selecionou uma pegada compatível.

O que mantém a operação fluida é a aderência local, em tempo quase instantâneo.

A ventosa prende no exato momento em que encosta, estabiliza o alvo, e só depois o braço decide se deve curvar ou torcer. Ele também consegue agarrar algo enquanto já está em movimento.

Aplicações futuras para robôs

Fora do laboratório, um braço gentil guiado pelo toque pode executar tarefas em que pinças rígidas danificariam itens delicados com facilidade.

Os investigadores apontam usos em trabalhos subaquáticos sensíveis, como a recolha de vida marinha frágil, e na inspeção de equipamentos em espaços apertados e perigosos.

O resultado mais amplo é demonstrar que um braço robótico macio inspirado no polvo pode perceber e agir por meio do próprio corpo, sem um computador central a comandar cada passo.

Esse desenho distribuído permite acrescentar mais ventosas - ou até mais braços - sem sobrecarregar um único sistema de controlo.

Por enquanto, o braço lida com objetos simples e leves e carrega pouco mais de 450 g. É um começo modesto.

A equipa pretende ampliar esse alcance e levantar cargas maiores, avançando para robôs capazes de trabalhar sozinhos em locais confusos e de difícil acesso, onde máquinas rígidas têm dificuldade.

Crédito da imagem: IIT-Istituto Italiano di Tecnologia