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 no 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 por 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-reparação. O robô é capaz de reparar o dano, quando o caso é uma ‘lesão’ menor, 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 exigem muita manutenção e reparo.

O Novo Sistema

No novo sistema desenvolvido pelos cientistas, a IA está incorporada à rede de nós de sensores. Existem múltiplos processadores menores e menos potentes, aos 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-reparação vem da introdução de um material de gel iônico auto-curativo no sistema. Isso permite que os robôs recupere as funções mecânicas quando danificados, sem a ajuda de humanos.

O Professor Associado Arindam Basu é coautor 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 têm encontrado maneiras de trazer uma sensação de consciência para os robôs, como a capacidade de ‘sentir’ dor, reagir a ela e resistir a condições operacionais rigorosas. No entanto, a complexidade de montar a multitude 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 dependeu de memtransistores, que atuam como dispositivos eletrônicos ‘semelhantes ao 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 aí que o gel iônico auto-curativo 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 Pesquisador da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da NTU.

“As propriedades auto-curativas 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 forma 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 tal sistema 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 coautor 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 seu ambiente, aprender e adaptar seu comportamento. A maioria dos pesquisadores se concentra em criar 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.