Cientistas Desenvolvem Mão Artificial Inteligente que Combina Controle do Usuário e Automação

Cientistas da Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne estão trabalhando em novas maneiras de melhorar o controle de mãos robóticas, especialmente para amputados. Eles desenvolveram uma forma de combinar o controle individual dos dedos e a automação para ajudar a melhorar a pegada e a manipulação. Eles testaram essa ideia de neuroengenharia e robótica em três amputados e sete pessoas saudáveis. Os resultados do estudo foram publicados em Nature Machine Intelligence.

Essa tecnologia recém-desenvolvida combina dois campos separados para o controle de mãos robóticas. Isso é algo que nunca foi feito antes, e está seguindo o novo campo do controle compartilhado em neuropróteses.

Um dos novos conceitos vem da neuroengenharia. O movimento dos dedos pretendido é identificado lendo a atividade muscular no coto do amputado. Isso é então usado para o controle individual dos dedos da mão prostética. O outro conceito vem da robótica. A mão robótica é capaz de segurar objetos e manter contato com eles por meio da pegada.

“Quando você segura um objeto na mão e ele começa a escorregar, você tem apenas alguns milissegundos para reagir”, explica Aude Billard, que lidera o Laboratório de Algoritmos e Sistemas de Aprendizado da EPFL. “A mão robótica tem a capacidade de reagir em 400 milissegundos. Equipada com sensores de pressão ao longo dos dedos, ela pode reagir e estabilizar o objeto antes que o cérebro possa perceber que o objeto está escorregando.”

O processo começa com o algoritmo aprendendo a decifrar a intenção do usuário e, em seguida, traduzi-la em movimento dos dedos da mão prostética. Para que isso aconteça, o amputado primeiro precisa treinar o algoritmo que usa aprendizado de máquina realizando uma série de movimentos de mão. Sensores são usados no coto do amputado e podem detectar certa atividade muscular. O algoritmo então aprende e conecta os movimentos de mão e sua atividade muscular correspondente. Eventualmente, o algoritmo saberá os movimentos dos dedos pretendidos pelo usuário e, em seguida, os dedos individuais podem ser controlados na mão prostética.

Katie Zhuang é a primeira autora da publicação. Ela falou sobre o algoritmo de aprendizado de máquina.

“Porque os sinais musculares podem ser barulhentos, precisamos de um algoritmo de aprendizado de máquina que extraia atividade significativa desses músculos e a interprete em movimentos”, disse ela.

Os cientistas então continuaram a engenharia do algoritmo para que, quando um usuário tenta segurar um objeto, a automação robótica seja iniciada. O algoritmo relatará à mão prostética para fechar os dedos e segurar quando um objeto entra em contato com os sensores. Os sensores estão localizados na superfície da mão prostética. Os cientistas criaram esse novo sistema com base em uma adaptação de um estudo anterior. Nesse estudo, braços robóticos foram projetados para identificar a forma de objetos e, em seguida, segurá-los. Eles fizeram isso com base apenas em informações táteis e não confiaram em sinais visuais.

Ainda há desafios à frente antes que essa tecnologia possa ser usada efetivamente entre as pessoas e se tornar uma opção comercialmente viável para amputados que procuram mãos prostéticas. No entanto, essa tecnologia é um grande passo à frente nesse campo e continuará a impulsionar a ideia de mesclar humanos e robótica. Atualmente, o algoritmo ainda está sendo testado em um robô.

“Nossa abordagem compartilhada para controlar mãos robóticas pode ser usada em várias aplicações neuroprótesicas, como próteses de mão biónica e interfaces cérebro-máquina, aumentando o impacto clínico e a usabilidade desses dispositivos”, afirma Silvestro Micera, titular da Cátedra Bertarelli da EPFL em Neuroengenharia Translacional e Professor de Bioeletrônica na Scuola Superiore Sant’Anna.