BionicSoftHand: mão robótica pneumática com inteligência artificial

BionicSoftHand

Mão robótica pneumática com inteligência artificial

Seja a agarrar, segurar ou a rodar, a tocar ou a pressionar, na vida quotidiana, obviamente usamos as nossas mãos para uma grande 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 e que pode aprender, através da inteligência artificial, a resolver uma ampla variedade de tarefas de recolha e rotação?

Reinforcement Learning: o princípio da recompensa

Com a BionicSoftHand é usado o método Reinforcement Learning, aprender através do reforço. Isso significa que, em vez de uma ação específica que esta deve imitar, a mão recebe apenas um objetivo. Isto tenta conseguir-se através da experimentação (tentativa e erro). Com base no feedback recebido, positivo ou negativo, a mão otimiza gradualmente as suas ações até, finalmente, resolver a tarefa com êxito.

Gémeo digital da mão de robô real

Especificamente, a BionicSoftHand deve rodar um cubo de doze lados para que, no final, um lado definido anteriormente aponte para cima. O ensino da estratégia de movimento necessária para o efeito ocorre num ambiente virtual usando um gémeo digital, criado com os dados de uma câmara de profundidade e os algoritmos de inteligência artificial.

BionicSoftHand: gémeo digital da mão de robô real

Gémeo digital: a verdadeira mão de robô e a sua imagem virtual no modelo de simulação

Transferência rápida de conhecimentos através de aprendizagem paralela massiva

O modelo de simulação digital acelera consideravelmente a formação, especialmente se for multiplicado. Na denominada aprendizagem paralela massiva, o conhecimento obtido é partilhado com todas as mãos virtuais, que continuam depois a trabalhar com o novo nível de conhecimentos: 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 rodar o cubo para o lado desejado e orientar outros objetos em conformidade no futuro. Desta forma, os módulos de conhecimento aprendidos uma vez e as novas competências também podem ser partilhados com outras mãos de robô e disponibilizados globalmente.

BionicSoftHand: componentes de robótica suave (Soft Robotics) altamente integrados

Cinemática pneumática com malha têxtil 3D

Ao contrário da mão humana, a BionicSoftHand não possui ossos. Esta controla os seus movimentos através das estruturas de foles pneumáticos nos seus dedos. Se as câmaras estiverem cheias de ar, os dedos dobram-se. Se as câmaras de ar estiverem vazias, os dedos permanecem esticados. O polegar e o dedo indicador também estão equipados com um atuador com aleta rotativa, o que significa que estes dois dedos também se podem mover para os lados. Como resultado, a mão de robô biónica dispõe de um total de doze graus de liberdade.

Os foles nos dedos são colocados num invólucro têxtil 3D especial, tricotado com linhas elásticas e de alta resistência. Isso significa que o têxtil pode ser usado para determinar exatamente em que pontos a estrutura se expande, desenvolvendo resistência, e onde é impedida de se expandir.

Válvulas piezo proporcionais para uma regulação precisa

Para minimizar ao máximo o trabalho de colocação de tubos flexíveis da BionicSoftHand, os desenvolvedores conceberam um terminal de válvulas compacto regulado digitalmente que é conectado diretamente por baixo da mão. Isso significa que os tubos flexíveis para controlar os dedos não têm de 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 usadas, os movimentos dos dedos podem ser regulados com precisão.

Potencial para cooperação entre seres humanos e robôs

A sua cinemática pneumática flexível e o uso de materiais elásticos e componentes leves distinguem a BionicSoftHand das mãos de robôs elétricas ou operadas por cabo e permitem uma produção económica. 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 no sentido da cooperação entre seres humanos e robôs. Ambos os robôs são eficazes por si só e não necessitam de estar separados do operador como os robôs convencionais de fábrica.

Isso torna a BionicSoftHand predestinada para aplicações nos espaços de trabalho colaborativos da fábrica de amanhã. Uma vez que a mão flexível do robô pode agarrar tanto com força como com sensibilidade, o uso como uma terceira mão auxiliar na montagem é tão concebível quanto o uso na robótica de serviço.