No cotidiano dos humanos, o sentido do tato é constantemente solicitado para interagir com o mundo. Em contraste, para os robôs, a percepção de forças tem sido um obstáculo por muito tempo. De fato, os sensores sensoriais geralmente apresentam concepções complexas e exigem calibração rigorosa, o que limita sua aplicação.
Para superar esses desafios, uma equipe de cientistas do LIRMM inspirou-se nos mecanismos naturais. Baseando-se nas propriedades da pele humana e no princípio de auto-desacoplamento da rede de Halbach, eles desenvolveram após dois anos de pesquisa um sensor magnético flexível capaz de dissociar forças em três dimensões. Este trabalho foi apoiado pelo Desafio Chave "Robótica Centrada no Humano" financiado pela região Occitânia e pelo CNRS.
A concepção do sensor é simples, composta por três camadas. A primeira camada consiste em um filme magnético flexível que se deforma ao toque, alterando o campo magnético. Uma camada intermediária de elastômero serve como amortecedor, enquanto a última camada possui um circuito impresso e sensores de efeito Hall que detectam as variações do campo magnético. Esta configuração permite ao sensor medir independentemente forças normais (perpendiculares) e forças de cisalhamento (paralelas).
O artigo publicado na Nature Machine Intelligence, apresenta várias demonstrações desta tecnologia patenteada. Ao integrar o sensor em uma articulação artificial do joelho, os cientistas puderam controlar como as forças são distribuídas durante o movimento, um resultado que ajudará clínicos a entender e tratar melhor problemas articulares. Em outro experimento, o sensor foi usado para guiar um robô no preparo do café. Aplicando leve pressão e movimentos de deslizamento no sensor, o robô consegue aprender uma sequência de movimentos e reproduzi-la autonomamente, desde o fechamento da garra até o despejo da água e a agitação. A sensibilidade do sensor também permite ao robô segurar objetos frágeis, como um ovo, sem danificá-los.
Estrutura do sensor sensorial (três designs diferentes) e princípio de funcionamento.
© Youcan Yan
As implicações dessas realizações são significativas. Na robótica, a integração de tais sensores pode levar a máquinas mais reativas e adaptativas, capazes de executar tarefas complexas com precisão humana. Na saúde, próteses inteligentes ou joelheiras poderiam se beneficiar de feedback de força em tempo real, combinando segurança e funcionalidade. Além disso, a facilidade de fabricação e calibração do sensor abre caminho para sua adoção em aplicações cotidianas, tornando a detecção tátil avançada acessível fora dos laboratórios.
No futuro, a equipe do LIRMM planeja aprimorar o sensor otimizando seus materiais e integrando-o em sistemas mais sofisticados, incluindo robôs humanoides. Esta inovação promete reduzir a lacuna entre a destreza humana e a precisão robótica, transformando a forma como as máquinas interagem com seu ambiente.
Para saber mais:
Yan, Y., Zermane, A., Pan, J. et al. A soft skin with self-decoupled three-axis force-sensing taxels. Nat Mach Intell 6, 1284-1295 (2024). https://doi.org/10.1038/s42256-024-00904-9