O uso de robôs humanóides está se difundindo em todo o mundo. Os robôs humanóides são projetados para imitar o corpo humano e diferem de outros tipos de robôs, como os industriais, porque seu movimento é semelhante ao humano, baseado na locomoção das pernas, especialmente na marcha bípede. Eles se movimentam pelo “mundo real” e interagem com ele, realizando uma diversidade crescente de tarefas especializadas e cotidianas, ao contrário dos manipuladores de fábrica e de outros robôs que trabalham em ambientes altamente estruturados.
Significativamente, a Organização Indiana de Pesquisa Espacial (ISRO) planeja enviar um robô humanóide ao espaço no final de 2020, como parte de uma missão sem tripulação. O humanóide chamado Vyommitra, uma robô feminina sem pernas, ajudará a ISRO a se preparar para sua missão de voo espacial tripulado Gaganyaan, a primeira tentativa do país de enviar humanos ao espaço prevista para 2022. Antes de cumprir esta missão, a ISRO enviará Vyommitra, que pode falar, mas não fala. não me mova muito, para o espaço.
O que é um robô humanóide?
A aparência geral e o formato do corpo de um robô humanóide são construídos para se assemelhar ao corpo humano. Geralmente, os robôs humanóides têm um torso com cabeça, braços e pernas, embora alguns de seus tipos possam ter apenas algumas partes humanas específicas, por exemplo, da cintura para cima. Algumas formas de robôs têm cabeças projetadas para replicar características faciais humanas, como rosto, olhos e boca. Robôs humanóides construídos para se parecerem esteticamente com um ser humano do sexo masculino são chamados de andróides, enquanto as contrapartes femininas são chamadas de ginóides.
Leonardo Da Vinci é responsável pela criação de uma das primeiras formas de humanóides em 1495. Modelado em uma armadura, ele poderia realizar várias funções humanas, como sentar, ficar em pé e andar.
Como os humanóides se movem, falam e realizam ações?
Inventores e engenheiros estudam a estrutura e o comportamento do corpo humano (biomecânica) e tentam simular a cognição humana, que se baseia em informações sensoriais para adquirir habilidades perceptivas e motoras. Sensores e atuadores de primeira qualidade são implantados para permitir que humanóides executem múltiplas funções. Baseados em modelos computacionais do comportamento humano, os sensores auxiliam os robôs na detecção de seus ambientes, enquanto as câmeras permitem que eles vejam com clareza. Motores ou atuadores colocados em pontos estratégicos guiam esses robôs nos movimentos e gestos. A criação de suas versões totalmente funcionais e realistas requer os seguintes mecanismos:
Sensores
Sensores medem atributos do mundo humano. Além dos requisitos essenciais de planejamento e controle, a detecção desempenha um papel significativo nos paradigmas robóticos. Para ajudar os humanóides a sentir o ambiente, os sensores capacitam-nos com a capacidade de tocar, cheirar, ver, ouvir e equilibrar-se adequadamente.
Enquanto o sensor auditivo ajuda os humanóides a ouvir, decifrar e executar instruções. Graças ao sensor de toque, eles são impedidos de esbarrar nas coisas e causar danos a si mesmos. Um sensor de força os ajuda a manter o equilíbrio e a orientação, e os sensores de calor e dor permitem que eles saibam o dano ou dano iminente. Além disso, existem sensores faciais que tornam os humanóides capazes de uma ampla gama de expressões. Portanto, os sensores podem ser categorizados de acordo com o processo físico com o qual trabalham ou de acordo com o tipo de informação sensorial que fornecem como saída.
Os cientistas estão trabalhando continuamente para tornar os sensores mais eficientes para a realização de múltiplas tarefas. Eles voltaram seu olhar para sensores proprioceptivos (por exemplo, toque, extensão muscular, posição dos membros) para sentir a posição, a orientação e a velocidade do corpo e das articulações do humanóide. Algumas das áreas que têm recebido crescente ênfase incluem: acelerômetros para medir a velocidade a partir da qual a velocidade pode ser calculada por meio de integração; sensores de inclinação para medir inclinação; e sensores de força colocados nas mãos e pés do robô para medir a força de contato com o ambiente.
Também foi dada atenção aos sensores de posição que indicam a posição real do robô (a partir da qual a velocidade pode ser calculada por derivação) ou mesmo aos sensores de velocidade. Sensores táteis fornecem informações sobre forças e torques transferidos entre o robô e outros objetos; eles usam conjuntos de tacteis para fornecer dados sobre o que foi tocado.
Nos robôs humanóides, os sensores de visão funcionam para reconhecer objetos e determinar suas propriedades. Câmeras CCD, que usam o espectro eletromagnético para produzir uma imagem, são usadas como faculdade de visão de humanóides. Normalmente, microfones são implantados para ativar a funcionalidade de sensores de som que permitem aos robôs ouvir a fala e os sons ambientais.
Atuadores ou motores
Atuadores ou motores responsáveis pelo movimento do robô ajudam os robôs a se moverem e a fazerem gestos semelhantes aos do corpo humano flexível. Atuadores fortes e eficientes podem realizar uma ampla gama de ações, como os humanos ou até melhor.
Os robôs humanóides utilizam principalmente atuadores rotativos que realizam movimentos humanos, assim como músculos e articulações, embora com uma estrutura diferente. Os atuadores podem ser hidráulicos, elétricos, piezoelétricos, ultrassônicos ou pneumáticos.
Os atuadores hidráulicos operam em aplicações de baixa velocidade e alta carga. Os atuadores de motor elétrico sem núcleo são mais adequados para aplicações de alta velocidade e baixa carga, embora ambos só possam agir de maneira compatível por meio de estratégias de controle rígidas.
Os atuadores piezoelétricos, por outro lado, podem produzir um pequeno movimento com alta capacidade de força após a aplicação de tensão. Eles são capazes de posicionamento ultrapreciso e de gerar e lidar com altas forças ou pressões em situações estáticas ou dinâmicas.
Atuadores ultrassônicos geram movimentos na ordem micrométrica em frequências ultrassônicas (acima de 20 kHz). Eles podem ser usados para controlar vibração, aplicações de posicionamento e comutação rápida.
Os atuadores pneumáticos dependem da compressibilidade do gás para funcionar. Inflados, eles se expandem ao longo do eixo e, quando desinflados, contraem-se. Quando uma de suas extremidades é fixa, a outra se moverá em uma trajetória linear. Destinados a aplicações de baixa velocidade e carga baixa/média, os atuadores pneumáticos compreendem cilindros, foles, motores pneumáticos, motores de passo pneumáticos e músculos artificiais pneumáticos.
Interação baseada em IA
Depois que os mecanismos que imitam partes do corpo humano são implementados, os inventores programam as instruções e os códigos que permitiriam aos humanóides realizar funções específicas. Alimentados por Inteligência Artificial (IA), eles podem deslizar e responder quando questionados.
A IA é fundamental para melhorar o nível em que os robôs humanóides podem interagir com os humanos. Pode fazê-los decifrar comandos, perguntas, indicações, até entender declarações aleatórias e ambíguas e dar respostas cheias de humor e sarcasmo.
Funções de robôs humanóides
Inicialmente, a IA foi utilizada em humanóides para pesquisa e ferramentas experimentais em diversas áreas científicas, como o estudo da locomoção bípede para explorar maneiras de criar próteses de perna, órteses de tornozelo-pé, próteses biológicas realistas de pernas e próteses de antebraço para deficientes neuromusculares. Alguns foram criados para fins de entretenimento, cantando, tocando música, dançando e falando para o público.
Agora, o objectivo dos humanóides estendeu-se para além da investigação e experimentação, para fins funcionais, como a execução de várias tarefas humanas, como interagir com ferramentas e ambientes humanos e ocupar diferentes funções no sector do emprego. Eles são uma característica cada vez mais comum no local de trabalho e podem realizar tarefas humanas e atuar como assistentes pessoais, recepcionistas, recepcionistas e trabalhadores da linha de fabricação automotiva. Eles podem ajudar em casa para ajudar os doentes e idosos como ajudantes domésticos e auxiliares de enfermagem, realizar trabalhos sujos ou perigosos, brincar e usar ferramentas, operar equipamentos e veículos projetados para a forma humana.
Esses robôs realistas também podem ser úteis para ajudar as crianças ou qualquer pessoa que precise de ajuda nas tarefas ou interações do dia-a-dia. Tem havido muitos estudos apontando a eficácia dos robôs humanóides no apoio a crianças com autismo.
Foi decidido por vários países enviar robôs humanóides para missões perigosas e distantes de exploração espacial, sem a necessidade de voltar atrás e retornar à Terra assim que a missão for concluída. Em essência, os robôs podem realizar qualquer tarefa que um ser humano possa, graças aos algoritmos de IA.
Daqui para frente
Os cientistas estão se esforçando para reduzir o consumo de energia nos movimentos humanóides. Neste contexto, estudos sobre dinâmica, controle e estabilização de robôs bípedes ambulantes na superfície adquiriram importância crucial. Igualmente importante é a manutenção do centro de gravidade do robô sobre o centro da área de apoio para proporcionar uma posição estável.
Como um humanóide precisa de informações sobre a força de contato e seu movimento atual e desejado para manter o equilíbrio dinâmico durante a caminhada, o Ponto de Momento Zero (ZMP) é uma abordagem de equilíbrio essencial que tem recebido a atenção dos inventores. Além disso, eles estão se concentrando no planejamento e controle para permitir que humanóides se movam em ambientes complexos, armados com o conhecimento de detecção de autocolisão, planejamento de trajetória e prevenção de obstáculos.
Os robôs humanóides incluem estruturas com flexibilidade variável que proporcionam segurança ao próprio robô e também às pessoas, mais graus de liberdade e ampla disponibilidade de tarefas. Para otimizar essas funcionalidades, os cientistas planejam aprimorar ainda mais as estratégias de planejamento e controle no funcionamento dos robôs.
Engenheiros do MIT e da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign desenvolveram um método para controlar o equilíbrio em um robô teleoperado de duas pernas. Ele marca um passo essencial para permitir que um humanóide execute tarefas de alto impacto em ambientes desafiadores. O robô é controlado remotamente por um operador humano vestindo um colete que transmite informações sobre o movimento do ser humano e as forças de reação do solo para o robô. Através do colete, o operador humano pode direcionar a locomoção do robô e sentir também seus movimentos. Se o humano sentir que o robô está começando a tombar, ele poderá se ajustar de forma a reequilibrar a si mesmo e ao robô.
No Japão, o professor Hiroshi Ishiguro, da Universidade de Osaka, e os membros de sua equipe desenvolveram um robô humanóide com a capacidade de uma conversa semelhante à humana. No projeto de interação simbiótica humano-robô ERATO ISHIGURO, eles se concentraram no processo de afinidade que surge durante o movimento do robô com um humano. Para esse fim, eles desenvolveram um andróide infantil chamado “ibuki”, que podia andar junto com o humano usando rodas equipadas.
Resumindo
Os robôs humanóides podem falar como nós, andar como nós e expressar uma ampla gama de emoções. Alguns deles podem conversar; outros podem se lembrar da última interação que você teve com eles. Com os constantes avanços na IA, os robôs humanóides estão prontos para adquirir atributos e competências humanas mais desenvolvidas. A robótica Android avançada está pronta para facilitar a melhoria dramática da vida no futuro.