Tecnologia Científica

Dedo roba³tico delgado detecta itens enterrados
A tecnologia usa sensor ta¡til para identificar objetos no subsolo e pode um dia ajudar a desarmar minas terrestres ou inspecionar cabos.
Por Daniel Ackerman - 26/05/2021


Os pesquisadores do MIT desenvolveram um roba´ “Digger Finger” que cava atravanãs de materiais granulares, como areia e cascalho, e detecta as formas de objetos enterrados. Créditos:Imagem cortesia dos pesquisadores

Com o passar dos anos, os robôs se tornaram muito bons na identificação de objetos - desde que estejam expostos.

Discernir itens enterrados em materiais granulares como areia éuma tarefa mais difa­cil. Para fazer isso, um roba´ precisaria de dedos delgados o suficiente para penetrar na areia, ma³veis o suficiente para se soltar quando os gra£os de areia emperram e sensa­veis o suficiente para sentir a forma detalhada do objeto enterrado.

Os pesquisadores do MIT agora projetaram um dedo de roba´ de ponta afiada equipado com sensor ta¡til para enfrentar o desafio de identificar objetos enterrados. Em experimentos, o Digger Finger, apropriadamente chamado, foi capaz de cavar atravanãs de meios granulares, como areia e arroz, e detectou corretamente as formas dos itens submersos que encontrou. Os pesquisadores dizem que o roba´ pode um dia realizar várias tarefas subterra¢neas, como encontrar cabos enterrados ou desarmar bombas enterradas.

A pesquisa seráapresentada no pra³ximo Simpa³sio Internacional de Roba³tica Experimental. O autor principal do estudo éRadhen Patel, pa³s-doutorado no Laborata³rio de Ciência da Computação e Inteligaªncia Artificial do MIT (CSAIL). Os co-autores incluem o aluno de doutorado do CSAIL Branden Romero, o aluno de doutorado da Harvard University Nancy Ouyang e Edward Adelson, o professor John e Dorothy Wilson de Ciências da Visão em CSAIL e o Departamento de Canãrebro e Ciências Cognitivas.

Buscar identificar objetos enterrados em material granular - areia, cascalho e outros tipos departículas fracamente empacotadas - não éuma busca totalmente nova. Anteriormente, os pesquisadores usaram tecnologias que detectam o subterra¢neo de cima, como o radar de penetração no solo ou vibrações ultrassa´nicas. Mas essas técnicas fornecem apenas uma visão nebulosa de objetos submersos. Eles podem ter dificuldade em diferenciar rocha de osso, por exemplo.

“Então, a ideia éfazer um dedo que tenha um bom sentido de toque e possa distinguir as várias coisas que estãosentindo”, diz Adelson. “Isso seria útil se vocêestãotentando encontrar e desativar bombas enterradas, por exemplo.” Tornar essa ideia uma realidade significou superar uma sanãrie de obsta¡culos.

O primeiro desafio da equipe foi uma questãode forma: o dedo roba³tico tinha que ser fino e pontiagudo.

Em trabalhos anteriores, os pesquisadores usaram um sensor ta¡til chamado GelSight . O sensor consistia em um gel transparente coberto com uma membrana reflexiva que se deformava quando os objetos pressionavam contra ela. Atrás da membrana havia três cores de luzes LED e uma ca¢mera. As luzes brilharam atravanãs do gel e na membrana, enquanto a ca¢mera coletou o padrãode reflexa£o da membrana. Algoritmos de visão computacional então extraa­ram a forma 3D da área de contato onde o dedo macio tocou o objeto. A engenhoca fornecia uma excelente sensação de toque artificial, mas era inconvenientemente volumosa.

Para o Digger Finger, os pesquisadores reduziram seu sensor GelSight de duas maneiras principais. Primeiro, eles mudaram a forma para ser um cilindro delgado com uma ponta chanfrada. Em seguida, eles dispensaram dois tera§os das luzes LED, usando uma combinação de LEDs azuis e tinta fluorescente colorida. “Isso economizou muita complexidade e Espaço”, diz Ouyang. “a‰ assim que conseguimos coloca¡-lo em uma forma tão compacta.” O produto final contou com um dispositivo cuja membrana sensora ta¡til tinha cerca de 2 centa­metros quadrados, semelhante a  ponta de um dedo.

Com o tamanho resolvido, os pesquisadores voltaram sua atenção para o movimento, montando o dedo no braa§o do roba´ e cavando em areia fina e arroz de gra£o grosso. A ma­dia granular tem tendaªncia a emperrar quando váriaspartículas ficam presas no lugar. Isso torna difa­cil penetrar. Então, a equipe adicionou vibração a s capacidades do Digger Finger e o colocou em uma bateria de testes.

“Quera­amos ver como as vibrações meca¢nicas ajudam a cavar mais fundo e superar os congestionamentos”, diz Patel. “Operamos o motor de vibração em diferentes tensaµes de operação, o que muda a amplitude e a frequência das vibrações.” Eles descobriram que as vibrações rápidas ajudaram a “fluidificar” a ma­dia, eliminando congestionamentos e permitindo escavações mais profundas - embora esse efeito de fluidização fosse mais difa­cil de conseguir na areia do que no arroz.

Eles também testaram vários movimentos de torção no arroz e na areia. a€s vezes, gra£os de cada tipo de ma­dia ficavam presos entre a membrana ta¡til do Digger-Finger e o objeto enterrado que estava tentando detectar. Quando isso acontecia com o arroz, os gra£os presos eram grandes o suficiente para obscurecer completamente a forma do objeto, embora a oclusão normalmente pudesse ser limpa com um pequeno movimento roba³tico. A areia presa era mais difa­cil de limpar, embora o tamanho pequeno dos gra£os significasse que o Dedo do Escavador ainda podia sentir os contornos gerais do objeto alvo.

Patel diz que os operadores tera£o que ajustar o padrãode movimento do Digger Finger para diferentes configurações “dependendo do tipo de ma­dia e do tamanho e forma dos gra£os”. A equipe planeja continuar explorando novos movimentos para otimizar a capacidade do Digger Finger de navegar em várias ma­dias.

Adelson diz que o Digger Finger faz parte de um programa que amplia os doma­nios nos quais o toque roba³tico pode ser usado. Os humanos usam os dedos em ambientes complexos, seja procurando por uma chave no bolso de uma cala§a ou apalpando um tumor durante uma cirurgia. “Amedida que melhoramos o toque artificial, queremos poder usa¡-lo em situações em que vocêestãocercado por todos os tipos de informações que nos distraem”, diz Adelson. “Queremos ser capazes de distinguir entre o que éimportante e o que não anã.”

O financiamento para esta pesquisa foi fornecido, em parte, pelo Toyota Research Institute por meio do Toyota-CSAIL Joint Research Center; o Escrita³rio de Pesquisa Naval; e o Conselho de Pesquisa da Noruega.

 

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