Pesquisadores de Zurique desenvolvem mão robótica autônoma que se locomove e manipula objetos sozinha

Pesquisadores do Laboratório de Robótica Suave da Escola Politécnica Federal de Zurique (ETH Zurich) desenvolveram uma mão robótica autônoma capaz de se locomover independentemente em diversas superfícies, manter o equilíbrio e manipular objetos utilizando apenas seus cinco dedos. O projeto, liderado por Amirhossein Kazemipour, Hehui Zheng e Robert Katzschmann, propõe uma mudança de paradigma na robótica: em vez de a mão ser apenas um acessório fixo a um braço mecânico, ela passa a ter autonomia total de movimento.

A principal inovação reside na capacidade de os dedos desempenharem a função de pernas. Essa abordagem elimina a necessidade de rodas ou membros secundários, reduzindo significativamente o peso do dispositivo, a complexidade estrutural e a quantidade de pontos passíveis de falha mecânica.

Desafios de engenharia e inteligência artificial

A criação de um sistema de locomoção para uma mão antropomórfica é complexa devido à falta de simetria. Diferente de robôs quadrúpedes, que distribuem o peso uniformemente, a mão possui dedos de tamanhos variados, um polegar oponível e uma palma assimétrica. Testes iniciais com algoritmos de marcha convencionais resultaram em instabilidade e movimentos descontrolados.

Para solucionar a questão, a equipe implementou as seguintes soluções técnicas:

• Aprendizado por reforço: Uma inteligência artificial foi treinada em um simulador físico, realizando milhões de tentativas e erros digitais para encontrar a forma ideal de movimentação.
• Compensação matemática: Foi desenvolvido um programa que anula a inclinação natural da palma, permitindo que o dispositivo identifique a superfície do solo sem interromper o deslocamento.
• Molas virtuais: O sistema utiliza molas invisíveis que ancoram as pontas dos dedos. Elas são projetadas para facilitar movimentos frontais, mas possuem rigidez quatro vezes maior nos eixos vertical e lateral para garantir a estabilidade da estrutura.

Independência operacional e hardware

Para garantir que a mão fosse verdadeiramente removível e independente, os engenheiros integraram todo o processamento e energia ao próprio dispositivo, eliminando a dependência de cabos conectados a supercomputadores.

O hardware consiste em uma estrutura de 818 gramas, que inclui uma bateria de lítio, uma unidade de medição inercial (IMU) para controle de inclinação e movimento, e um chip Raspberry Pi Zero 2 W. A rede neural integrada opera a 50 Hertz, recalculando a posição dos motores 50 vezes por segundo, o que permite correções de equilíbrio em milésimos de segundo.

Testes de campo e aplicações práticas

O dispositivo foi submetido a testes em 14 tipos de superfícies, incluindo concreto, grama artificial, cascalho e grades metálicas, tanto em ambientes internos quanto externos. O sistema provou ser resiliente: caso a mão vire de lado, a IMU detecta a inclinação e aciona os dedos para que o dispositivo se endireite autonomamente.

Em testes de manipulação, a mão robótica demonstrou precisão ao operar um teclado convencional, completando 29 de 32 tarefas no jogo de quebra-cabeça Sokoban.

A aplicação prática dessa tecnologia visa a criação de robótica modular. A ideia é que um robô possa depositar sua mão em aberturas estreitas para acionar interruptores ou mover objetos em locais onde o corpo completo da máquina não caberia. Essa funcionalidade é especialmente promissora para:

1. Equipes de resgate em edifícios colapsados;
2. Inspeção de tubulações industriais;
3. Linhas de montagem com espaços reduzidos.

Atualmente, a equipe de Zurique trabalha na integração de visão artificial para eliminar a dependência de câmeras externas e no desenvolvimento de sistemas de fixação e desacoplamento automático entre a mão e o corpo do robô.