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Se você já jogou o jogo da garra em um fliperama, sabe como é difícil agarrar e segurar objetos usando garras robóticas. Imagine como esse jogo seria muito mais estressante se, em vez de bichos de pelúcia, você estivesse tentando pegar um frágil pedaço de coral ameaçado de extinção ou um artefato inestimável de um navio afundado.
A maioria das garras robóticas de hoje depende de sensores incorporados, loops de feedback complexos ou algoritmos avançados de aprendizado de máquina, combinados com a habilidade do operador, para agarrar objetos frágeis ou de formato irregular. Mas pesquisadores da Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) demonstraram uma maneira mais fácil.
Inspirando-se na natureza, eles projetaram um novo tipo de garra robótica macia que usa uma coleção de tentáculos finos para enredar e prender objetos, semelhante à forma como as águas-vivas coletam presas atordoadas. Sozinhos, tentáculos individuais, ou filamentos, são fracos. Mas juntos, a coleção de filamentos pode agarrar e segurar com segurança objetos pesados e de formas estranhas. A garra depende da inflação simples para envolver objetos e não requer detecção, planejamento ou controle de feedback.
A pesquisa foi publicada no Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS).
“Com esta pesquisa, queríamos reimaginar como interagimos com objetos”, disse Kaitlyn Becker, ex-aluna de pós-graduação e pós-doutoranda do SEAS e primeira autora do artigo. “Aproveitando a conformidade natural da robótica leve e aprimorando-a com uma estrutura compatível, projetamos uma garra que é maior que a soma de suas partes e uma estratégia de agarramento que pode se adaptar a uma variedade de objetos complexos com planejamento e percepção mínimos .”
Becker é atualmente Professor Assistente de Engenharia Mecânica no MIT.
A força e a adaptabilidade da garra vêm de sua capacidade de se enredar no objeto que está tentando agarrar. Os filamentos de um pé de comprimento são tubos de borracha ocos. Um lado do tubo tem borracha mais grossa que o outro, então quando o tubo é pressurizado, ele se enrola como um rabo de cavalo ou como um cabelo alisado em um dia chuvoso.
Os cachos dão nó e emaranham-se entre si e com o objeto, com cada emaranhado aumentando a força do aperto. Embora o controle coletivo seja forte, cada contato é fraco individualmente e não danifica nem o objeto mais frágil. Para liberar o objeto, os filamentos são simplesmente despressurizados.
Os pesquisadores usaram simulações e experimentos para testar a eficácia da pinça, pegando uma variedade de objetos, incluindo várias plantas de casa e brinquedos. A pinça pode ser usada em aplicações do mundo real para agarrar frutas e vegetais macios para produção e distribuição agrícola, tecidos delicados em ambientes médicos e até objetos de formato irregular em armazéns, como vidraria.
Esta nova abordagem para agarrar combina a pesquisa do professor L. Mahadevan sobre a mecânica topológica de filamentos emaranhados com a pesquisa do professor Robert Wood sobre garras robóticas macias.
“O emaranhamento permite que cada filamento altamente compatível se adapte localmente a um objeto alvo, levando a uma compreensão topológica segura, mas suave, que é relativamente independente dos detalhes da natureza do contato”, disse Mahadevan, professor de matemática aplicada da Lola England de Valpine em SEAS, e de Biologia Organísmica e Evolutiva, e Física em FAS e co-autor correspondente do artigo.
“Esta nova abordagem para a preensão robótica complementa as soluções existentes, substituindo garras simples e tradicionais que exigem estratégias de controle complexas por filamentos extremamente compatíveis e morfologicamente complexos que podem operar com controle muito simples”, disse Wood, professor de engenharia de Harry Lewis e Marlyn McGrath. e Ciências Aplicadas e co-autor correspondente do artigo. “Esta abordagem expande o alcance do que é possível pegar com garras robóticas.”
A pesquisa foi co-autoria de Clark Teeple, Nicholas Charles, Yeonsu Jung, Daniel Baum e James C. Weaver. Foi apoiado em parte pelo Office of Naval Research, sob a concessão N00014-17-1-206 e pela National Science Foundation sob as concessões EFRI-1830901, DMR-1922321, DMR-2011754, DBI-1556164 e EFMA-1830901 e o Simons Foundation e o Fundo Henri Seydoux.
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