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Os primeiros robôs autônomos do humanoid com pele sintética sensível são mais seguros

A pele sintética sensível permite robôs de detectar seus próprios corpos e arredores - uma capacidade crucial se são estar no contacto próximo com povos. Inspirado pela pele humana, uma equipe na universidade de Munich técnica (TUM) desenvolveu um sistema que combina a pele artificial com os algoritmos de controle e usou-o para criar o primeiro robô autônomo do humanoid com a pele artificial de corpo inteiro.

A pele artificial desenvolvida pelo prof. Gordon Cheng e sua equipe consiste em pilhas sextavadas sobre o tamanho de uma moeda de dois-Euro (isto é aproximadamente uma polegada no diâmetro). Cada um é equipado com um microprocessador e os sensores para detectar o contacto, a aceleração, a proximidade e a temperatura. Tal pele artificial permite robôs de perceber seus arredores no detalhe muito maior e com mais sensibilidade. Isto ajuda-os não somente a mover-se com segurança. Igualmente fá-los mais seguros ao operar-se perto dos povos e dá-lhes a capacidade para antecipar e evitar activamente acidentes.

As células epiteliais elas mesmas foram desenvolvidas ao redor 10 anos há por Gordon Cheng, professor de sistemas cognitivos no TUM. Mas esta invenção revelou somente sua capacidade plena quando integrada em um sistema sofisticado como descrito na introdução a mais atrasada das continuações do jornal do IEEE.

Mais capacidade de computação com a aproximação evento-baseada

O obstáculo o mais grande na pele tornando-se do robô foi sempre capacidade de computação. A pele humana tem ao redor 5 milhão receptors. Os esforços para executar o processamento contínuo dos dados dos sensores na pele artificial são executado logo acima contra limites. Os sistemas precedentes foram sobrecarregados rapidamente com os dados apenas de alguns cem sensores.

Para superar este problema, usando uma aproximação de NeuroEngineering, Gordon Cheng e sua equipe não fazem monitoram as células epiteliais continuamente, mas um pouco com um sistema evento-baseado. Isto reduz o esforço de processamento por até 90 por cento. O truque: As pilhas individuais transmitem a informação de seus sensores somente quando os valores são mudados. Isto é similar à maneira os trabalhos humanos do sistema nervoso. Por exemplo, nós sentimos um chapéu quando nós o pomos primeiramente sobre, mas nós habituamo-nos rapidamente à sensação. Não há nenhuma necessidade de observar outra vez o chapéu até que o vento o funda fora de nossa cabeça. Isto permite nosso sistema nervoso de concentrar-se nas impressões novas que exigem uma resposta física.

Segurança mesmo em caso do contacto corporal próximo

Com a aproximação evento-baseada, o prof. Cheng e sua equipe têm sucedido agora em aplicar a pele artificial a um robô autônomo do humano-tamanho nao dependente de toda a computação externo. O robô H-1 é equipado com as 1260 pilhas (com os mais de 13000 sensores) em sua parte superior do corpo, em braços, em pés e mesmo nas solas de seus pés. Isto dá-lhe “uma sensação corporal nova”. Por exemplo, com seus pés sensíveis, H-1 pode responder às superfícies e mesmo ao balanço desiguais do assoalho em um pé.

Com sua pele especial, o H-1 pode mesmo dar a uma pessoa um abraço com segurança. Isso é menos trivial do que soa: Os robôs podem exercer as forças que feririam seriamente ser humano. Durante um abraço, dois corpos estão tocando em muitos lugares diferentes. O robô deve usar esta informação complexa para calcular os movimentos direitos e para exercer as pressões correctas do contacto.

Isto não pôde ser como importante em aplicações industriais, mas nas áreas tais como cuidados de enfermagem, os robôs devem ser projectados para o contacto muito próximo com povos.”

Gordon Cheng, professor de sistemas cognitivos, TUM

Versátil e robusto

O sistema da pele do robô de Gordon Cheng é igualmente altamente robusto e versátil. Porque a pele consiste em pilhas, e não em uma única parte de material, permanece funcional mesmo se algumas pilhas param de trabalhar. “Nosso sistema é projectado trabalhar sem problemas e rapidamente com todos os tipos dos robôs,” diz Gordon Cheng. “Agora nós estamos trabalhando para criar células epiteliais menores com o potencial ser produzido em números maiores.”

Source:
Journal reference:

Cheng, G., et al. (2019) A Comprehensive Realization of Robot Skin: Sensors, Sensing, Control, and Applications. Proceedings of the IEEE. doi.org/10.1109/JPROC.2019.2933348.