TacLINK: uma pele artificial feita sob medida para robôs colaborativos

Um dos maiores problemas dos cobots , cada vez mais utilizados na era da chamada “Indústria 4.0”, está na segurança. Na verdade, os cobots colaboram com os humanos e operam nos mesmos ambientes em que os humanos também trabalham. Portanto, surge a necessidade de garantir um certo nível de confiabilidade aos operadores que se veem obrigados a realizar atividades em colaboração com eles . Quase todos os sistemas de proteção contra encontros acidentais que podem surgir entre humanos e robôs são atualmente baseados no uso de sensores de vários tipos.

Eles tornam a máquina "dotada" de uma boa capacidade de percepção capaz de evitar contatos perigosos com as pessoas ao seu redor. Atualmente, os robôs mais avançados, especialmente usados ​​no campo industrial, são capazes de perceber muitos de nossos cinco sentidos canônicos. Existem dois, no entanto, para os quais se orientam os desafios da pesquisa no futuro próximo: sabor e toque. Agora, as coisas parecem ter mudado com o TacLink, o primeiro protótipo de pele artificial para robôs.

A ideia de um couro artificial

É justamente nessa direção que nos laboratórios do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão , o prof. Van Anh Ho e seus colaboradores fizeram uma pele artificial para robôs. O protótipo, denominado TacLINK , é construído sobre uma estrutura tubular coberta por uma membrana de silicone equipada com uma ampla gama de sensores capazes de fornecer ao robô que o usa não apenas feedback tátil, mas também a capacidade de captar microdeformações às quais o a membrana está sujeita quando entra em contato com um corpo externo.

Como o TacLINK é feito, a pele artificial para robôs

O sistema háptico artificial desenvolvido pelos pesquisadores inclui duas câmeras de 640 × 480 px, cada uma com 30 fps, e uma série de LEDs de alta intensidade. Os LEDs também usam um filtro polarizador para gerar luz uniforme enquanto minimiza a luz refletida. No centro da estrutura tubular também existe uma camada de material preto com o objetivo de bloquear a luz produzida pelos LEDs que, de outra forma, impactariam os sensores das salas. O couro artificial, de apenas 3,5 mm de espessura, possui uma área sensível de cerca de 500 centímetros quadrados no total composta por uma malha de pequenos orifícios, chamados de “marcadores”, capazes de receber feedback tátil.

O processamento de imagem com base no feedback tátil

O princípio de operação do feedback tátil TacLINK é baseado no uso de duas câmaras coaxiais colocadas nas duas extremidades da estrutura tubular. Juntos, eles formam uma câmera estéreo graças à qual é possível saber a cada momento as posições de todos os marcadores colocados na membrana de silicone. Um algoritmo de processamento de imagem reconstrói o modelo 3D da membrana a partir dos deslocamentos dos marcadores detectados . Ao fazer isso, é capaz de modelar as deformações sofridas pela pele, simplesmente analisando a distribuição das forças exercidas sobre ela. Isso também é possível graças ao Finite Element Model (FEM) da membrana previamente construída e utilizada para estimar a rigidez estrutural da pele.

Ao combinar os dados provenientes das câmaras e os resultados obtidos na análise do FEM, o processador reconstrói a geometria do contato com alta precisão e extrema velocidade. Testes conduzidos em pele artificial mostraram que o sistema de feedback tátil leva cerca de 35 milissegundos para reconstruir completamente a resposta háptica . Embora a presença de reflexos ou regiões ocluídas possa impedir o correto processamento das imagens e o sistema desenvolvido exija uma alta capacidade de cálculo em tempo real, o prof. Ho estava bastante confiante sobre uma rápida comercialização do protótipo feito:

“ A pele artificial utilizada em nosso estúdio pode ser facilmente fabricada com o método de fundição e também utilizada em outras partes de robôs, como dedos, pernas, tórax e cabeça e até mesmo para confeccionar próteses inteligentes para humanos, permitindo que uma pessoa com deficiência possa ter as mesmas percepções de uma pessoa saudável. "

Prof. Van Anh Ho

Soluções desse tipo abrem caminho para novas fronteiras no desenvolvimento de sistemas robóticos vestíveis. Eles poderão receber feedback tátil que pode ser útil não só na indústria, mas também na medicina, criando próteses que percebem corretamente os estímulos externos.

Artigo por Augusto Bozza

O artigo TacLINK: uma pele artificial feita sob medida para robôs colaborativos vem da Tech CuE | Engenharia de Close-up .