A Cerâmica é a Chave para Ampliar os Sentidos na Robótica Flexível para Incluir Toque e Temperatura?

Gostando ou não, seu próximo colega de trabalho pode ser um robô. Hoje, mais pessoas se encontram trabalhando ao lado de máquinas autônomas. Esses dispositivos são ideais para realizar tarefas que vão desde a classificação de itens até a realização de cirurgias. Como tal, há uma forte demanda para ampliar a gama de sentidos, permitindo que esses dispositivos compreendam melhor seu ambiente.

Robôs que podem sentir e manipular objetos como uma mão humana estão a caminho. Recentemente, um grupo de engenheiros da Empa levou o conceito de robôs sensíveis um passo adiante. Aqui está tudo o que você precisa saber sobre como a cerâmica pode ser a chave para criar robôs que podem sentir temperatura, toque, pressão e muito mais.

Estudo de Cerâmicas Inteligentes

O estudo “Sensor-Embedded Muscle for Closed-Loop Controllable Actuation in Proprioceptive Biohybrid Robots”,¹ publicado em Advanced Intelligent Systems, detalha como os engenheiros utilizaram cerâmicas avançadas para criar componentes robóticos que podem sentir. No artigo, os engenheiros aprofundam a criação de dispositivos artificiais de sensação que aproveitam pulsos elétricos e sensores integrados diretamente à superfície da robótica.

Cerâmicas Flexíveis

Para entender o projeto, primeiro você precisa reservar um momento para reconhecer que as cerâmicas vêm em muitas formas diferentes. Embora você possa pensar em decoração ou itens de cozinha, também existem cerâmicas de alto desempenho. Essas unidades conduzem eletricidade e fornecem uma estrutura sólida para muitos eletrônicos hoje. Notavelmente, os pesquisadores iniciaram seus esforços experimentando diferentes cerâmicas para registrar seus comportamentos e capacidades.

Durante os testes, a equipe detalhou como pegou esse material e o fragmentou em pequenas partículas. As partículas foram então incorporadas a uma matriz termoplástica. Curiosamente, uma impressora 3D profissional foi usada para garantir que o processo de incorporação fosse concluído com precisão. Em seguida, o plástico elástico foi manipulado, permitindo que os engenheiros registrassem o comportamento do material em uma variedade de elasticidades e posições diferentes.

Teste de Cerâmicas de Alto Desempenho

Os materiais dos sensores flexíveis foram testados para verificar se podiam registrar temperatura, deformação, pressão ou umidade. Esses dispositivos foram capazes de registrar os diferentes sentidos usando pulsos elétricos. A partir daí, a equipe pegou a matriz de cerâmica e a utilizou para criar uma mão protética.

Mão Protética

A mão protética foi então usada para testar a precisão e sensibilidade dos sensores flexíveis. Notavelmente, os sensores usados na mão foram criados para registrar calor e pressão. Além disso, o material podia determinar sua posição em relação a outras partes da mão. O estudo concluiu que a equipe conseguiu criar uma mão que podia sentir a pressão aplicada e até reagir quando tocava outra pessoa.

Pele de Robô

O próximo passo para os pesquisadores foi tentar criar pele de robô. A equipe começou criando uma matriz cerâmica multicamadas. A matriz foi preenchida com partículas cerâmicas com uma configuração especial em camadas para monitorar toques e variações de temperatura. Essa pele robótica foi projetada para se parecer e sentir como pele humana, tornando-a uma opção inteligente para robôs que trabalham perto de humanos. A partir daí, a equipe passou a desenvolver um modelo de IA.

Prótese Inteligente

Um modelo de IA controla as reações da mão com base no ambiente e nas condições. Especificamente, o modelo de IA foi treinado usando 4500 medições e movimentos musculares. Esse treinamento foi realizado com engenheiros da ETH Zurich e da Universidade de Tóquio. A prótese utiliza sensores piezoresistivos integrados ao tecido, permitindo que o dispositivo gere energia a partir do movimento, eliminando a necessidade de baterias.

Resultados

Os resultados do estudo demonstram exatamente como um robô pode ser desenvolvido com a capacidade de trabalhar ao lado de humanos com segurança. Esses dispositivos poderiam reconhecer quando colidem com uma pessoa e até recuar, prevenindo lesões. Além disso, a IA do sistema aprende constantemente com cada interação, tornando-o o primeiro robô biohíbrido proprioceptivo que pode sentir.

Aplicações Potenciais

Existem muitas aplicações para essa tecnologia. A combinação de sistemas avançados de IA com robôs que podem sentir levará ao desenvolvimento de máquinas mais seguras. Essas unidades poderão realizar tarefas que antes eram possíveis apenas para humanos. Além disso, serão mais versáteis, pois podem perceber seu ambiente e ajustar suas ações de acordo com as condições.

Robótica Flexível

A robótica flexível são dispositivos que utilizam materiais macios em vez de métodos tradicionais. Os robôs flexíveis vêm em muitas formas. Por exemplo, classificadores robóticos devem selecionar frutas e outros produtos sensíveis e movê-los sem causar danos. Esses dispositivos estão prestes a receber uma grande atualização com a introdução de pele sensorial e outras modificações que lhes permitem operar como mãos humanas.

Os Robôs Flexíveis despertaram interesse recentemente por várias razões. Eles podem colidir com você sem causar danos. Além disso, esses dispositivos podem mudar sua forma para atravessar terrenos difíceis. Esse desenvolvimento garantirá que os robôs flexíveis em breve sintam temperatura e pressão.

Saúde

Várias empresas se especializam em cirurgiões robóticos. Esses dispositivos operam usando sensores de precisão e ópticos para ajudar a guiar a unidade. A introdução de sensores de pressão e temperatura permitiria que esses robôs realizassem cirurgias mais complexas enquanto permanecem sintonizados com as condições do paciente.

Notavelmente, próteses inteligentes podem ajudar milhões de pacientes a desfrutar de uma melhor qualidade de vida. Esses itens de próxima geração podem incorporar múltiplos sentidos, proporcionando ao paciente uma experiência natural. Além disso, ao combinar essa tecnologia com os recentes avanços em controladores cerebrais, pode chegar o dia em que as próteses de substituição dos pacientes sejam mais capazes que as originais.

Busca e Resgate

Os robôs flexíveis encontraram um propósito especial no setor de busca e resgate. Esses dispositivos podem atravessar ambientes difíceis que frequentemente são impossíveis para humanos acessarem. Eles podem ser feitos para se enrolar como cobras ou assumir a forma de pequenos insetos. Impressionantemente, esses dispositivos já foram usados em áreas de desastre onde ajudaram a salvar vidas. Os robôs podem entrar nas zonas de desastre perigosas e fornecer ajuda muito necessária antes de outros socorristas.

No futuro, esse dispositivo poderia localizar pessoas necessitadas e até realizar varreduras rotineiras de seus sinais vitais, fornecendo aos socorristas dados importantes sobre a condição do paciente. Além disso, esses robôs seriam usados para avaliar a melhor rota para resgatar a pessoa ferida, pois o dispositivo poderia notificar os socorristas sobre perigos como calor ou produtos químicos.

Agricultura

Os agricultores do mundo estão constantemente buscando maneiras fáceis de melhorar a eficiência. À medida que a população mundial aumenta, os agricultores continuam a inovar para atender à demanda crescente. A robótica flexível pode ajudá-los a preparar, plantar, colher e controlar a qualidade de seus alimentos. Esses dispositivos podem integrar sistemas de IA para melhorar ainda mais suas capacidades, permitindo determinar com alta precisão se uma fruta está madura ou estragada.

Pesquisadores

O Laboratório de Cerâmicas de Alto Desempenho da Empa liderou o estudo. A equipe trabalhou com a Universidade de Cambridge para desenvolver a prótese motorizada por IA. Agora a equipe busca expandir seus esforços e criar robótica mais avançada, bem como ampliar as capacidades do seu modelo de IA.

Empresas que Poderiam se Beneficiar desta Pesquisa

A indústria de robótica está em ascensão. Como tal, você pode esperar ver mais unidades nas linhas de produção nos próximos anos. Os robôs reduzem riscos e despesas e melhoram a qualidade. Consequentemente, mais empresas desejam integrá-los. Aqui está uma empresa que está idealmente posicionada para aproveitar ao máximo essa pesquisa nos próximos meses.

Zebra Technologies

Zebra Technologies (ZBRA ) entrou no mercado em 1969, originalmente como Data Specialties Incorporated. Os fundadores da empresa, Ed Kaplan e Gerhard Cless, queriam criar uma empresa de software e hardware que pudesse melhorar a experiência do usuário e oferecer soluções inovadoras. Eles conseguiram ser pioneiros em várias tecnologias, incluindo ser a primeira empresa a oferecer um scanner de código de barras.

Em 1986, a empresa mudou seu nome para Zebra Technologies. Hoje, é um fornecedor popular de robótica, serviços e soluções de software. Especificamente, o fetch100 Roller e o Fetch100 Shelf podem navegar em instalações de fabricação e classificar e entregar caixas de forma autônoma. O robô já está em uso globalmente e recebeu avaliações altas.

Zebra Technologies é uma adição inteligente ao seu portfólio por várias razões. Primeiro, a empresa tem estado em ascensão há muito tempo. Ela garantiu uma menção na revista Forbes de 2002, “200 Melhores Pequenas Empresas da América”, entre outros reconhecimentos.

A ação da empresa, ZBRA, tem apresentado crescimento considerável e constante ao longo do ano. Ela possui um valor de mercado de US$ 19,808 bilhões e seu índice P/L (TTM) é 51,82. Esse crescimento foi impulsionado por uma combinação do lançamento de novos produtos pela empresa e suas incursões em robótica e sistemas de IA.

Cerâmicas na Robótica

O uso de cerâmicas de alto desempenho na robótica está destinado a mudar o mercado no futuro. Este estudo mostra que os robôs podem ser configurados para sentir de maneira semelhante aos humanos, permitindo que trabalhem ao lado das pessoas com menos risco e aumentem a produtividade. Como tal, você deve se preparar para um colega de trabalho robótico no futuro.

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Referência do Estudo:

^{1. Filippi, M., Balciunaite, A., Georgopoulou, A., Paniagua, P., Drescher, F., Nie, M., Takeuchi, S., Clemens, F., & Katzschmann, R. K. (2024). Músculo incorporado com sensor para atuação controlável em loop fechado em robôs biohíbridos proprioceptivos. Advanced Intelligent Systems. https://doi.org/10.1002/aisy.202400413}