Olha a faca! Conheça o simulador que ajuda robôs a realizarem cortes precisos

Você confiaria em robô manuseando uma faca? Para pesquisadores da University of Southern California, nos EUA, e da Nvidia, um novo simulador de corte pode tornar essa tarefa muito mais segura e precisa. Esse sistema reproduz as forças que atuam na lâmina durante o processo de corte de alimentos macios, como frutas e vegetais.

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Segundo os engenheiros, o mecanismo também consegue simular incisões em tecidos humanos com diferentes categorias de calibragem de força e resposta, permitindo que braços robóticos auxiliem médicos em procedimentos cirúrgicos à distância ou que necessitem de uma maior precisão.

“Nosso simulador é diferenciável porque ele pode nos ajudar a ajustar automaticamente esses parâmetros de simulação a partir de medições reais. Isso é importante porque fechar essa lacuna de realidade é um desafio significativo para os roboticistas de hoje”, afirma o doutorando em ciência da computação Eric Heiden, autor principal do projeto.

Robôs afiados

O principal desafio enfrentado pelos pesquisadores é que o processo de corte exige uma adaptação à rigidez dos objetos em tempo real. A força aplicada ou um eventual movimento de serra variam conforme a grossura e a maciez do objeto. Como não existe previsibilidade nessas situações, os robôs atuais não conseguem se ajustar de maneira satisfatória.

Para resolver esse problema, os engenheiros utilizaram malhas 3D para representar o objeto a ser cortado, seguindo um algoritmo de nó virtual que adiciona graus extras de liberdade de movimentos para simular a dinâmica de contato entre a faca e o modelo gerado por um computador em tempo real.

Molas conectam os nós virtuais em ambos os lados da superfície de corte, permitindo simular a mecânica dos danos e a propagação das trincas de forma contínua. Esse processo consegue aumentar ou diminuir a força a ser aplicada para cortar categorias diferentes de objetos, garantindo a precisão e a eficiência dos movimentos.

Mundo real

Com os algoritmos de otimização, é possível ajustar automaticamente os parâmetros de interação para obter uma correspondência mais próxima entre o simulador e as situações do mundo real, que requerem níveis altos de adaptação diante de cada objeto ou alimento a ser cortado por um robô.

Durante os testes, os pesquisadores usaram 150 variações de algoritmos para prever a força aplicada na faca, calculando trajetória, velocidade, comprimento e quantidade de movimentos necessários para produzir um corte perfeito, sem variações, escorregões, falta ou excesso de energia aplicada.

Com esse nível de precisão, os pesquisadores acreditam que robôs equipados com o simulador poderiam atuar na indústria de processamento de alimentos, assumindo tarefas perigosas como cortes repetitivos em grande escala, além de melhorar o feedback háptico de força em robôs cirúrgicos, proporcionando uma resposta tátil mais real em procedimentos de alta complexidade.

"Temos agora um modelo preciso do processo de corte, capaz de reproduzir de forma realista as forças que atuam em diferentes categorias de tecidos. Com nossa abordagem, podemos ajustar automaticamente nosso simulador para corresponder a esses diferentes tipos de material e obter simulações altamente precisas do perfil de força”, celebra Heiden.

Fonte: NVIDIA