Pesquisadores do Instituto Italiano de Tecnologia (IIT) propuseram recentemente um formalismo de dinâmica acoplada e uma nova abordagem para explorar interações úteis com robôs humanóides. Seu papel, que foi pré-publicado no arXiv, também apresenta uma série de ferramentas baseadas em tarefas, técnicas de reconhecimento de parceiro para controle de robôs humanóides.

"Os robôs estão evoluindo em um ritmo rápido, e muitos desenvolvimentos recentes visam derrubar as cercas em que os robôs estão atualmente colocados e torná-los mais seguros para interagir fisicamente com o ambiente e as pessoas, "Yeshasvi Tirupachuri, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore.

Robôs humanóides são projetados para se parecerem com humanos, incorporando habilidades antropomórficas que permitem que eles se envolvam ativamente com os ambientes humanos. Além de garantir que eles sejam reativos às interações físicas com agentes externos, essa equipe de pesquisadores do IIT também está tentando torná-los capazes de se envolver e interagir ativamente com os agentes para atingir um objetivo comum.

"Achamos que esta abordagem de pesquisa permite que um robô tenha mais recursos em muitas tarefas, seja para ajudar os humanos ou para aumentar as capacidades humanas, "Tirupachuri diz.

O Instituto Italiano de Tecnologia (IIT) está atualmente trabalhando em um projeto chamado An.Dy, financiado pela Comissão Europeia, com o objetivo de aprimorar a colaboração humano-robô e robô-robô. Seus esforços de pesquisa recentes se concentraram particularmente em compreender e explorar as interações físicas dos robôs humanóides com agentes externos.

"Os principais objetivos do nosso estudo foram formular uma estrutura matemática geral, isso é, uma linguagem, por meio do qual um robô pode entender suas interações físicas com agentes externos, bem como definir como essas interações podem ser exploradas para qualquer conclusão de tarefa pelo robô, "Tirupachuri disse.

Em seu artigo publicado recentemente, os pesquisadores apresentaram um formalismo de dinâmica acoplada e uma nova abordagem para melhorar as interações com robôs humanóides, bem como novos baseados em tarefas, técnicas de reconhecimento de parceiro para controle de robôs humanóides.

“Um robô é um sistema composto por múltiplos corpos rígidos, "Tirupachuri explicou." As leis da física que governam esse sistema de corpos rígidos estão encapsuladas na dinâmica do sistema que ajuda a compreender como o sistema evolui no tempo sob influências externas. No caso de vários agentes envolvidos em interação física, a dinâmica dos agentes individuais, observado isoladamente, não fornecerá informações suficientes para dar sentido à evolução do sistema. "

Essa limitação se deve principalmente às complexidades do acoplamento mecânico durante as interações físicas de um robô humanóide. De acordo com os pesquisadores, para entender melhor essas interações, eles devem considerar a dinâmica de ambos os sistemas interagindo juntos, em vez de isoladamente.

"Portanto, levamos em consideração a dinâmica do sistema combinado e apresentamos um formalismo de dinâmica acoplada por meio do qual a dinâmica do robô pode ser compreendida completamente sob interações físicas com qualquer agente externo, "Tirupachuri disse." Em direção a este objetivo, a dinâmica do agente interagindo também é formulada em uma linguagem matemática, semelhante ao sistema de robô, usando suposições de corpo rígido. "

Tipicamente, sensores de força-torque são colocados em um robô humanóide, permitindo-lhe dar sentido às perturbações externas causadas por um agente externo de interação. Os pesquisadores, Contudo, decidiu se concentrar especificamente nos esforços despendidos por um agente externo durante o envolvimento com um sistema robótico.

"O esforço de um agente é, em grande medida, auto-governado e auto-regulado, mesmo sob interações físicas, "Tirupachuri explicou." Sob as premissas de sistemas de corpo rígido, o esforço de um agente é quantitativamente representado pelos torques conjuntos. Então, por meio de dinâmica acoplada, nossas técnicas de controle permitem que o robô entenda como as interações com um agente externo estão ocorrendo em termos de esforço do agente. Eventualmente, o robô explora esse esforço se for útil para atingir um objetivo comum. "

Em contraste com os esforços anteriores, Portanto, a abordagem desenvolvida por Tirupachuri e seus colegas visa aumentar a percepção de um robô dos agentes externos com os quais está interagindo. Sua pesquisa pode abrir caminho para o desenvolvimento de robôs humanóides mais responsivos e com melhor desempenho em tarefas que envolvem interações entre humanos e robôs.

"O cenário que estamos imaginando envolve um humano e um robô humanóide engajados em interação física, "Tirupachuri disse." Este tipo de cenário será importante no futuro ambiente de trabalho, onde robôs e humanos irão colaborar para promover a 'ergonomia' do espaço de trabalho, evitando assim situações perigosas para a saúde humana. Em tal cenário, o humano usa um traje sensorizado que executa um novo algoritmo desenvolvido por nossa equipe para obter informações cinemáticas e dinâmicas completas em tempo real do humano. "

Ao testar sua estrutura de controle geral em dois robôs iCub humanóides, os pesquisadores encontraram uma série de desafios que precisam ser enfrentados de forma adequada para levar o projeto adiante.

"As principais limitações que enfrentamos são devido a alguns aspectos do design mecânico atual das mãos do iCub, que claramente não são capazes de realizar qualquer aperto de força para se envolver em interação física prolongada entre si, "Tirupachuri disse." Estamos agora desenvolvendo uma nova engenhoca mecânica para contornar essa deficiência. "

Tirupachuri e seus colegas agora estão trabalhando em um sistema de estimativa de dinâmica humana em tempo real. Uma vez que este sistema esteja totalmente desenvolvido, eles planejam validar ainda mais sua teoria executando mais experimentos envolvendo um agente humano e um robô humanóide.

"Também estamos nos estágios iniciais do projeto experimental para implementar nossa abordagem em um sistema robótico de exoesqueleto que ajudará um ser humano a fazer tarefas aéreas em uma linha de montagem em um ambiente de chão de fábrica industrial, "Tirupachuri disse." O objetivo é melhorar o conforto para os humanos, fornecendo suporte ergonômico para realizar a tarefa repetidamente. "

Finalmente, os pesquisadores também estão investigando novos cenários de interação física que envolvem dois robôs, por exemplo, carregando objetos juntos. Essas tarefas envolvem desafios adicionais, já que o projeto de controle precisará levar em conta a dinâmica do objeto ao mesmo tempo em que considera a autonomia compartilhada dos dois robôs para realizar a tarefa com sucesso.

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