A mão de robô mais sensível e durável já criada

Quando o Google DeepMind queria uma mão robótica para seu mais recente projeto de aprendizado de máquina de IA, eles recorreram ao Shadow Robot. Esta última criação não é apenas uma das mãos robóticas mais sensíveis e habilidosas já criadas, mas é suficientemente robusta para suportar impactos que destruíram projetos anteriores.

Ao longo da história da humanidade, o papel desempenhado pelas capacidades das nossas mãos não pode ser subestimado. Desde o manuseamento pré-histórico nas primeiras ferramentas até à precisão demonstrada pelos cirurgiões modernos, esta destreza baseia-se num membro que compreende 27 ossos e mais de 30 músculos, guiados por, talvez, o mais humano de todos os órgãos: o cérebro.

Esta complexidade torna uma mão robótica altamente difícil de controlar. No mundo da robótica, não há nível mais elevado do que as habilidades motoras finas necessárias para agarrar e manipular objetos com velocidade e força precisas..  

Enquanto isso, empresas como o Google DeepMind estão ultrapassando os limites da inteligência artificial (IA) e estão tentando entender o que as máquinas podem aprender, tanto para ampliar o espectro de possibilidades práticas quanto para orientar a pesquisa. A Shadow Robot tinha mostrado as suas capacidades ao mercado num vídeo de um desses modelos a aprender a completar rapidamente um cubo de Rubik. 

O design exclusivo da DEX-EE é uma inovação fundamental

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Uma mão robô para o mundo real

Foi o Shadow Hand, desenvolvido em parceria com a OpenAI, que impressionou a equipa do Google DeepMind. Mas este novo projeto exigia algo ainda mais.

Rich Walker, diretor da Shadow Robot, explica: "O objetivo era uma mão robô capaz de aprender em tarefas do mundo real. A mão teria de ser a mais hábil e sensível já desenvolvida, mas, ao contrário de outros robôs que testaram, precisavam dela para sobreviver mesmo quando sujeitos aos impactos envolvidos em tarefas difíceis e práticas."

A aprendizagem profunda precisa de um elevado número de sensores para permitir a recolha de dados em escala, pelo que o Shadow Robot começou a conceber uma mão com, como diz Rich, "muito mais sensores do que seria sensato em qualquer outro contexto". 

O objetivo era criar uma mão robô com alta destreza, sensibilidade e robustez para tarefas de aprendizagem do mundo real sem necessariamente replicar a aparência de uma mão humana. Para melhor atender a essas necessidades, o design conta com três dedos robustos e uma mão cerca de 50% maior do que uma mão humana.

O resultado é o DEX-EE, uma mão robótica repleta de redes de sensores de alta velocidade que fornecem dados ricos, incluindo medição de posição, força e inercial. Isso é aumentado com centenas de canais de deteção tátil por dedo, otimizando a sensibilidade à pressão para um nível vertiginoso de magnitude, quase semelhante a uma mão humana.

Impulsione a inovação do sistema

Para exercer um controlo fino sobre a aplicação da força e acionar o conjunto de juntas na mão, o Shadow Robot precisava de contar com um sistema de acionamento altamente capaz. Uma inovação chave do DEX-EE é o seu design exclusivo, que apresenta um sistema acionado por tendão que utiliza mais de um motor por junta em vez de uma abordagem típica de um motor por junta.

Com cinco motores acionando quatro articulações em cada um dos três dedos, esta abordagem elimina o backlash, o "jogo" que pode ocorrer quando a direção do movimento é invertida, para otimizar o movimento controlado. Com um controlo motor cuidadoso, cada junta pode imitar binário articular zero, proporcionando ao DEX-EE um controlo de movimento requintadamente sensível e a capacidade de manusear objetos delicados sem risco.

Para alcançar a fiabilidade e o desempenho que a DEX-EE necessitava, a Shadow Robot recorreu ao seu parceiro de sistema de acionamento original.

"Os motores maxon têm uma longa evolução de fabricação por trás deles, e o pedigree que eles trazem foi crucial para as demandas que seriam colocadas no DEX-EE", diz Rich. "Este foi especialmente o caso dos rigores do uso no mundo real na manipulação de robôs."

O DEX-EE integra 15 motores maxon DCX16 DC que atingem a alta densidade de torque necessária para que a mão robótica aplique força suficiente nos tendões. Isso permite que a mão se mova com o dinamismo e a força necessários para ações como agarrar e segurar. Ao mesmo tempo, os motores tinham de ser suficientemente compactos para caber dentro dos limites de cada base de dedo.

O enrolamento sem ferro do motor também elimina o cogging, a relativa espasmódica gerada pelos projetos tradicionais de núcleo de ferro. Isso ajuda a obter um movimento suave e controlado, essencial para que o DEX-EE atinja níveis exatos de precisão para as tarefas mais delicadas. Altas tolerâncias no design e fabricação e materiais premium garantem uma operação silenciosa e alcançam alta durabilidade.

DEX-EE é exaustivamente testado

O futuro das mãos robóticas

Mais de 1.000 horas de testes garantiram o desempenho e a confiabilidade do DEX-EE. Isso incluiu simular um processo conhecido como aprendizagem de políticas, onde uma IA explora como alcançar efetivamente uma tarefa envolvendo movimentos aleatórios repetidos, que também causam estresse mecânico. A equipe do Shadow Robot também submeteu o DEX-EE a um alto grau de teste de impacto e choque envolvendo pistões e várias ferramentas.

O Google DeepMind já publicou uma pesquisa mostrando os recursos do DEX-EE, incluindo um vídeo demonstrando a capacidade da mão robótica de manipular e conectar um conector dentro de um espaço de trabalho confinado suficientemente fechado ao redor da mão do robô para forçar impactos quando a mão se move.  Esta tarefa destaca a robustez do DEX-EE, mostrando como ele pode resistir a colisões repetidas contra as paredes do espaço de trabalho enquanto ainda conclui a tarefa.

"O Google DeepMind está usando o DEX-EE como uma plataforma de pesquisa para estudar o aprendizado em ambientes do mundo real, e a robustez e a sensibilidade da mão permitem que ela interaja com objetos de maneiras que danificariam os robôs tradicionais", diz Rich.

O DEX-EE também está agora disponível como uma plataforma de pesquisa para organizações mais amplas. Embora a criação do Shadow Robot tenha sido desenvolvida para aprofundar nossa compreensão do aprendizado de máquina em ambientes cotidianos, Rich acredita que a complexa tecnologia de mão robótica se tornará cada vez mais integrada à vida diária no futuro. À medida que a tecnologia se normaliza, o diretor da Shadow Robot diz que o rótulo de "robô" pode começar a desaparecer à medida que os dispositivos se tornam comuns.

"No futuro, as pessoas que trabalham em robótica desenvolverão dispositivos que usamos todos os dias. Nessa fase, não vamos mais chamá-lo de "robô". Então, nossas perceções podem não ser mais tão empolgantes quanto nossas ideias atuais do que um robô deve ser, mas, na realidade, esses dispositivos podem ser muito mais úteis para a humanidade do que imaginávamos."  

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