Seja para pegar, segurar, rotacionar, tocar ou pressionar, em nosso dia a dia utilizamos nossas mãos para uma enorme variedade de tarefas. A mão humana é uma verdadeira ferramenta milagrosa da natureza. O que poderia ser mais óbvio do que equipar robôs em espaços de trabalho colaborativos com uma garra inspirada neste modelo natural, que pode aprender, por meio da inteligência artificial, a resolver uma ampla variedade de tarefas de manipulação?
Na BionicSoftHand é utilizado o método Reinforcement Learning, aprender pelo reforço. Isso significa que, ao invés de uma ação específica a ser imitada, a mão apenas recebe um objetivo. Ela tenta cumprir o objetivo pela experimentação (tentativa e erro). Com base no feedback recebido, positivo ou negativo, a mão otimiza gradualmente as suas ações até que, finalmente, resolve a tarefa com êxito.
Especificamente, a BionicSoftHand deve rotacionar um cubo de doze lados para que, ao final, um lado definido anteriormente sempre aponte para cima. O ensino da estratégia de movimento necessária para esse fim ocorre em um ambiente virtual utilizando um gêmeo digital, criado com os dados de uma câmara de profundidade e os algoritmos de inteligência artificial.
O modelo de simulação digital acelera consideravelmente a formação, especialmente se for multiplicado. Na denominada aprendizagem paralela massiva, o conhecimento obtido por um é partilhado com todas as outras mãos-robôs, que continuam trabalhando com o novo nível de conhecimento adquirido: cada erro é cometido apenas uma vez. As ações bem-sucedidas ficam imediatamente disponíveis para todos os modelos.
Depois de o comando ter sido treinado na simulação, é transferido para a BionicSoftHand real. Com a estratégia de movimento virtualmente programada, a mão pode rotacionar o cubo para o lado desejado e orientar outros objetos da mesma forma no futuro. Com isso, os módulos de conhecimento aprendidos uma vez e as novas competências também podem ser compartilhados com outras mãos-robôs e disponibilizados globalmente.
Ao contrário da mão humana, a BionicSoftHand não possui ossos. Ela controla os seus movimentos por meio das estruturas de foles pneumáticos em seus dedos. Se as câmaras estiverem cheias de ar, os dedos se dobram. Se as câmaras de ar estiverem vazias, os dedos permanecem esticados. O polegar e o dedo indicador também estão equipados com um atuador de aleta rotativa, que permite com que estes dois dedos também possam se mover para os lados. Com isso, a mão de robô biônica dispõe de um total de doze graus de liberdade.
Os foles nos dedos são colocados num invólucro têxtil tridimensional especial, entrelaçado com linhas elásticas e de alta resistência. Isso significa que o tecido pode ser utilizado para determinar os pontos exatos em que a estrutura se expande, desenvolvendo resistência, e o ponto em ela é impedida de se expandir.
Para minimizar ao máximo o trabalho de instalação de tubos flexíveis da BionicSoftHand, os projetistas conceberam um terminal de válvulas compacto regulado de forma digital e conectado diretamente por baixo da mão. Isso significa que os tubos flexíveis para controlar os dedos não precisam ser puxados por todo o braço do robô. A BionicSoftHand pode ser conectada e iniciada de forma rápida e fácil com apenas um tubo flexível para fornecer e extrair ar. Com as válvulas piezo proporcionais utilizadas, os movimentos dos dedos podem ser regulados com precisão.
A sua cinemática pneumática flexível e o uso de materiais elásticos e componentes leves distinguem a BionicSoftHand de outras mãos de robôs elétricas ou operadas por cabo, além de permitir uma produção econômica. Graças à sua estrutura modular, também são possíveis variantes de garras com três ou quatro dedos.
Combinado com robôs pneumáticos, de construção leve, como o BionicCobot ou o BionicSoftArm , é possível uma colaboração direta e segura na cooperação entre seres humanos e robôs. Ambos os robôs são eficazes e não necessitam serem instalados em área separada ao operador, como os robôs convencionais.
Isso torna a BionicSoftHand predestinada para aplicações em espaços de trabalho colaborativos da fábrica do futuro. Uma vez que a mão flexível do robô pode pegar com força ou com sensibilidade, o uso como uma "terceira mão" para auxiliar na montagem é tão aplicável quanto o uso da robótica de serviço.