Créditos: Fotos cortesia do MIT CSAIL.
cientistas criaram uma ferramenta de design e fabricação para atuadores pneumáticos macios para detecção integrada, que pode alimentar cuidados de saúde personalizados, casas inteligentes e jogos.
Atuadores pneumáticos macios podem não ser uma frase que surge em conversas diárias, mas é mais provável que você tenha se beneficiado de sua utilidade. Os dispositivos usam ar comprimido para impulsionar o movimento e, com recursos de detecção, provaram ser uma espinha dorsal crítica em uma variedade de aplicações, como wearables assistivos, robótica e tecnologias de reabilitação.
Mas há um certo gargalo na criação de pequenos dispositivos dinâmicos que têm vantagens como altas taxas de resposta e relações de potência para entrada. Eles exigem um projeto manual e um pipeline de fabricação, o que se traduz em muitos ciclos de tentativa e erro para realmente testar e ver se os projetos funcionarão.
Cientistas do Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial do MIT (CSAIL) desenvolveram um pipeline escalável para projetar computacionalmente e fabricar digitalmente atuadores pneumáticos macios, chamados “PneuAct”.
PneuAct usa um processo de tricotagem de máquina – não muito diferente do tricô de agulha de plástico de sua avó – mas esta máquina opera de forma autônoma. Um designer humano simplesmente especifica os padrões de design do sensor e do ponto no software para programar como o atuador se moverá e, em seguida, poderá ser simulado antes da impressão. A peça têxtil é fabricada pela máquina de tricotar, que pode ser fixada a um tubo de silicone de borracha barato e pronto para uso para completar o atuador.
O atuador tricotado integra fios condutores para detecção, permitindo que os atuadores “sintam” o que tocam. A equipe elaborou vários protótipos abrangendo uma luva assistida, uma mão macia, um robô interativo e um quadrúpede pneumático. Seus dispositivos estavam envoltos em um tecido macio e amarelo que os fazia parecer um pouco com dedos de banana.
Embora tenha havido bastante movimento no desenvolvimento de hardware de atuadores pneumáticos macios ao longo dos anos – um protótipo de 2019 de um robô colaborativo usou esses atuadores para reproduzir o aperto humano em suas mãos – as ferramentas de design não melhoraram com tanta velocidade . Processos antigos normalmente usavam polímeros e moldagem, mas os cientistas usaram uma combinação de pontos elásticos e sensores (com fio condutor) que permite programar a flexão dos dispositivos quando são inflados e a capacidade de incorporar feedback do mundo real.
Por exemplo, a equipe usou os atuadores para construir um robô que detectava quando era tocado especificamente por mãos humanas e reagia a esse toque.
A luva da equipe pode ser usada por um humano para complementar o movimento muscular dos dedos, minimizando a quantidade de atividade muscular necessária para concluir tarefas e movimentos. Isso pode ter muito potencial para pessoas com lesões, mobilidade limitada ou outros traumas nos dedos. O método também pode ser usado para fazer um exoesqueleto (unidades robóticas vestíveis controladas por um computador que complementam o movimento humano e restauram a locomoção e o movimento); para esse fim, os pesquisadores fizeram uma manga que pode ajudar os usuários a dobrar o cotovelo, o joelho ou outras partes do corpo.
“O tricô de máquina digital, que é um método de fabricação muito comum na indústria têxtil de hoje, permite ‘imprimir’ um design de uma só vez, o que o torna muito mais escalável”, diz Yiyue Luo, estudante de doutorado do MIT CSAIL e principal autor de um novo artigo. sobre a pesquisa. “Os atuadores pneumáticos macios são intrinsecamente compatíveis e flexíveis e combinados com materiais inteligentes, eles se tornaram uma força necessária em muitos robôs e tecnologias assistivas – e a fabricação rápida, com nossa ferramenta de design, pode aumentar a facilidade e a onipresença”.
Entendendo os sensores
Um tipo de sensor que a equipe incorporou foi chamado de “sensor de pressão resistiva”, onde o atuador “envia” pressão. Ao fabricar uma garra robótica, ela tentaria agarrar algo, e o sensor de pressão sentiria quanta força estava sendo aplicada ao objeto e, em seguida, tentaria ver se a preensão foi bem-sucedida ou não. O outro tipo é o “sensor capacitivo”, onde o sensor discerne algumas informações sobre os materiais com os quais o atuador está entrando em contato.
Os atuadores são resistentes – nenhum fio foi danificado no processo. Uma limitação do sistema é que eles estavam limitados a atuadores em forma de tubo, porque é muito fácil comprá-los na prateleira. Um próximo passo lógico é explorar atuadores de diferentes formas, para evitar ser restringido por essa estrutura única. Outra extensão que os cientistas explorarão é estender a ferramenta para incorporar um design baseado em otimização e orientado a tarefas, onde os usuários podem especificar poses de destino e padrões de pontos ideais que podem ser sintetizados automaticamente.
“Nossa ferramenta de software é rápida, fácil de usar e visualiza com precisão os projetos dos usuários, permitindo que eles iterem virtualmente rapidamente enquanto precisam fabricar apenas uma vez. Mas esse processo ainda requer algumas tentativas e erros dos humanos. Um computador pode raciocinar sobre como os têxteis devem ser fisicamente programados em atuadores para permitir um comportamento rico e orientado por sensores? Essa é a próxima fronteira”, diz Andrew Spielberg, pós-doc em ciência de materiais e engenharia mecânica na Universidade de Harvard, outro autor do artigo.
Luo escreveu o artigo ao lado de Kui Wu, ex-aluno de doutorado do MIT CSAIL, Spielberg, pós-doutorado do MIT Michael Foshey e professores do MIT Tomas Palacios, Daniela Rus e Wojciech Matusik. Eles apresentaram o artigo na Conferência ACM sobre Fatores Humanos em Sistemas Computacionais.
Publicado em 08/05/2022 07h53
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