Robôs usam IA para ‘sentir’ dor e se auto-reparar

Os robôs estão um passo mais perto de serem mais como seres vivos com um novo desenvolvimento dentro do campo. Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Singapura (NTU Singapura) criaram um sistema de IA que permite que os robôs reconheçam dor e se auto-reparem. 

O sistema recém-desenvolvido depende de nós de sensores habilitados para IA, que processam ‘dor’ e respondem a ela. Essa dor é identificada quando há pressão exercida por uma força física externa. A outra parte importante do sistema é a auto-reparo. O robô é capaz de reparar esse dano, quando o caso é uma lesão menor, tudo sem precisar depender de intervenção humana.

A pesquisa foi publicada em agosto na revista Nature Communications.

A maioria dos robôs atuais do mundo recebe informações sobre seu entorno imediato por meio de uma rede de sensores. No entanto, esses sensores não processam informações, mas enviam as informações para uma unidade central de processamento. Essa unidade central de processamento é onde o aprendizado ocorre, e isso significa que os robôs atuais precisam ter muitos fios. Esse sistema resulta em tempos de resposta mais longos. 

Além dos tempos de resposta mais longos, esses robôs são frequentemente facilmente danificados e requerem muita manutenção e reparo. 

O Novo Sistema

No novo sistema desenvolvido pelos cientistas, a IA está incorporada na rede de nós de sensores. Há várias unidades de processamento menores e menos potentes, às quais os nós de sensores estão conectados. Essa configuração permite que o aprendizado ocorra localmente, o que, por sua vez, reduz a quantidade de fios necessários e o tempo de resposta. Especificamente, é reduzido cinco a dez vezes em comparação com robôs convencionais.

O sistema de auto-reparo vem da introdução de um material de gel iônico auto-cicatrizante no sistema. Isso permite que os robôs recupere as funções mecânicas quando danificados, sem a ajuda de humanos. 

O professor associado Arindam Basu é co-autor principal do estudo. Ele vem da Escola de Engenharia Elétrica e Eletrônica. 

“Para que os robôs trabalhem juntos com os humanos um dia, uma preocupação é como garantir que eles interajam de forma segura conosco. Por esse motivo, cientistas em todo o mundo vêm encontrando maneiras de trazer uma sensação de consciência para os robôs, como ser capaz de ‘sentir’ dor, reagir a ela e resistir a condições operacionais rigorosas. No entanto, a complexidade de montar a multidão de sensores necessários e a fragilidade resultante de tal sistema é uma grande barreira para a adoção generalizada.”

De acordo com Basu, que também é um especialista em computação neuromórfica, “Nosso trabalho demonstrou a viabilidade de um sistema robótico que é capaz de processar informações de forma eficiente com fios e circuitos mínimos. Ao reduzir o número de componentes eletrônicos necessários, nosso sistema deve se tornar acessível e escalável. Isso ajudará a acelerar a adoção de uma nova geração de robôs no mercado.” 

Ensinar o Robô a Sentir Dor

Para ensinar o robô a sentir dor, a equipe contou com memtransistores, que atuam como dispositivos eletrônicos ‘parecidos com o cérebro’. Esses dispositivos são capazes de ter memória e processamento de informações, atuando como receptores e sinapses artificiais de dor. 

O estudo demonstrou como o robô pode continuar respondendo à pressão mesmo após ter sido danificado. Após uma ‘lesão’, como um corte, o robô perde a função mecânica. É quando o gel iônico auto-cicatrizante entra em ação e faz com que o robô cure a ‘ferida’, basicamente costurando-a. 

Rohit Abraham John é o primeiro autor do estudo e bolsista de pesquisa na Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da NTU.

“As propriedades auto-cicatrizantes desses dispositivos novos ajudam o sistema robótico a se costurar repetidamente quando ‘ferido’ com um corte ou arranhão, mesmo à temperatura ambiente”, diz John. “Isso imita como nosso sistema biológico funciona, muito como a pele humana se cura sozinha após um corte.” 

“Em nossos testes, nosso robô pode ‘sobreviver’ e responder a danos mecânicos não intencionais decorrentes de lesões menores, como arranhões e batidas, enquanto continua a funcionar de forma eficaz. Se um sistema como esse fosse usado com robôs em ambientes do mundo real, poderia contribuir para economias de manutenção.”

De acordo com o professor associado Nripan Mathews, que é co-autor principal vindo da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da NTU, “Robôs convencionais realizam tarefas de forma programada e estruturada, mas os nossos podem perceber o ambiente, aprender e adaptar o comportamento de acordo. A maioria dos pesquisadores se concentra em fazer sensores mais e mais sensíveis, mas não se concentra nos desafios de como eles podem tomar decisões de forma eficaz. Tal pesquisa é necessária para que a próxima geração de robôs interaja de forma eficaz com os humanos.”

“Nesse trabalho, nossa equipe adotou uma abordagem que está fora do caminho batido, aplicando novos materiais de aprendizado, dispositivos e métodos de fabricação para que os robôs imitem as funções neurobiológicas humanas. Embora ainda esteja em estágio de protótipo, nossas descobertas estabeleceram importantes estruturas para o campo, apontando o caminho para os pesquisadores enfrentarem esses desafios.”

A equipe de pesquisa agora se voltará para parceiros da indústria e laboratórios de pesquisa do governo para avançar ainda mais o sistema.