O incrível potencial de robôs moles e flexíveis

Robôs são projetados para velocidade e precisão - mas sua rigidez tem frequentemente limitado como eles são usados. Nesta palestra esclarecedora, a engenheira biomédica Giada Gerboni compartilha as últimas novidades da "robótica mole", um campo emergente que tem como objetivo construir máquinas ágeis que imitam a natureza, como um polvo robô. Aprenda mais sobre como essas estruturas flexíveis podem desempenhar um papel crítico em cirurgia, medicina e nas nossas vidas diárias.

Então, robôs.

Robôs podem ser programados

para fazerem a mesma tarefa milhões
de vezes com o mínimo de erro,

algo bem difícil para nós, certo?

E pode ser muito impressionante
observá-los trabalhando.

Observe-os.

Poderia observá-los por horas.

Não?

O menos impressionante é
que se você tirá-los das fábricas

onde o ambiente não é conhecido
e medido perfeitamente como aqui,

para fazer uma simples tarefa
que não requeira muita precisão,

isso é o que pode acontecer.

Quero dizer, abrir uma porta
não requer muita precisão.

(Risos)

Ou um simples erro nas medidas,

ele falha a válvula, e acabou,

(Risos)

sem muito o que recuperar,
na maioria das vezes.

Então por que isso?

Bom, por muitos anos,

robôs foram projetados
para enfatizar velocidade e precisão

e isso se traduz numa arquitetura
muito específica.

Pegue o braço de robô:

é um conjunto de conexões
rígido bem definido

e motores, o que chamamos de "actuators",
que movem as conexões nas junções.

Nesta estrutura robótica,

você precisa medir
seu ambiente perfeitamente.

Então tudo o que está ao redor,

você precisa programar
todo movimento perfeitamente

das junções do robô,

porque um pequeno erro pode
gerar uma falha gigantesca,

e então danificar algo
ou ter seu robô danificado

se algo for mais duro.

Vamos falar sobre eles por um momento.

Não pense nos cérebros desses robôs

ou como os programamos cuidadosamente,
mas, em vez disso, observem o corpo deles.

Há algo obviamente errado com eles,

porque o que faz um robô preciso e forte

também o faz ridiculamente perigoso
e ineficaz no mundo real,

porque o corpo dele não se deforma

nem se ajusta conforme
a interação com o mundo real.

Então pense na abordagem oposta,

em ser mais mole do que
qualquer coisa ao seu redor.

Você talvez pense que não é capaz
de fazer nada se for mole,

provavelmente.

Bom, a natureza nos ensina o contrário.

Por exemplo, no fundo do oceano,

embaixo de muitos quilos
de pressão hidrostática,

um animal completamente mole

pode se mover e interagir
com um objeto muito mais duro que ele.

Ele caminha carregando esta concha de coco

graças à flexibilidade de seus tentáculos,

que servem como pés e mãos.

E aparentemente, um polvo
pode abrir um pote também.

É muito impressionante, certo?

Mas claramente, isso não é possível
devido ao cérebro deste animal apenas,

mas também graças ao seu corpo,

e é um exemplo claro,
talvez o mais claro de todos,

de inteligência incorporada,

que é um tipo de inteligência
que todos os seres vivos têm.

Todos nós temos isso.

Nosso corpo, sua forma,
material e estrutura

assumem um papel fundamental
durante uma tarefa física

porque podemos nos adaptar
ao nosso ambiente

para nos sucedermos numa ampla
variedade de situações

sem muito planejamento ou cálculo prévio.

Então por que não usamos parte
da inteligência incorporada

nas nossas máquinas robóticas,

para liberá-los de trabalho excessivo
de computação e detecção?

Bom, para isso, podemos
seguir a estratégia da natureza,

porque, com a evolução,
ela fez um trabalho muito bom

em desenhar máquinas
para interação com ambiente.

É fácil notar que a natureza usa
material mole frequentemente

e duro às vezes.

E isso é o que foi feito
neste novo campo da robótica,

que se chama "robótica mole",

cujo principal objetivo não é montar
máquinas superprecisas,

porque já as temos,

mas construir robôs capazes de enfrentar
situações inesperadas no mundo real,

capazes então de ir lá fora.

E o que faz um robô ser mole,
primeiro de tudo, é seu corpo todo,

que é feito de materiais ou estruturas
que podem sofrer grandes deformações,

sem ter mais conexões rígidas,

e também, para movê-los, usamos
o que chamamos de estímulo distribuído.

Temos de controlar continuamente
o molde deste corpo muito flexível,

o que tem o efeito de ter
várias conexões e junções,

mesmo não tendo qualquer estrutura dura.

Então você imagina que montar
um robô mole é um processo muito diferente

do que robótica dura, com conexões,
engrenagens, parafusos

que precisamos combinar
de uma maneira precisa.

Em robôs moles, você só monta
seu estímulo do zero na maioria das vezes,

mas você molda seu material flexível

à forma que responda a um certo input.

Por exemplo, você pode
só deformar uma estrutura

ao fazer um molde relativamente complexo

se pensar em fazer o mesmo
com links e junções rígidos,

e aqui, o que se usa é só um input,

como pressão do ar.

Mas vejamos alguns exemplos
bacanas de robôs moles.

Aqui está um pequeno e fofo robô
desenvolvido na Universidade de Harvard,

e ele caminha graças às ondas
de pressão aplicadas em seu corpo,

e graças à flexibilidade, ele também
pode se esgueirar sob uma ponte,

continuar a andar,

e então continuar a caminhar
um pouco diferente depois.

Isso é um protótipo bem preliminar,

mas eles também criaram uma versão
mais robusta com bateria integrada

que pode ser liberada livremente
e enfrentar interações reais do mundo

como um carro passando por cima dele...

(Risos)

e continuar a funcionar.

É fofo.

(Risos)

Ou um peixe-robô, que nada
como um peixe de verdade

só porque tem uma caixa mole
com estímulo distribuído

usando pressão de ar estática.

Esse foi do MIT,

e claro, temos um polvo-robô.

Este foi um dos primeiros projetos

criados neste novo campo de robôs moles.

Aqui, vemos o tentáculo artificial,

mas eles construíram uma máquina
inteira com vários tentáculos

que poderiam simplesmente jogar na água.

Dá para ver que isso pode funcionar
em exploração subaquática

de uma forma diferente
da qual robôs rígidos fariam.

Mas isso é crucial para ambientes
delicados, como recifes de corais.

Vamos voltar para o fundo.

Aqui, você vê a visão

de um robô crescente desenvolvido
pelos meus colegas em Stanford.

Você vê a câmera fixada no topo.

E este robô é singular

porque usa pressão do ar
e cresce pela extremidade,

enquanto o resto do corpo se mantém
em contato firme com o ambiente.

E isso é inspirado
por plantas, não animais,

que cresce através do material
de uma maneira similar,

enfrentando assim uma ampla
gama de situações.

Mas sou uma engenheira biomédica,

e talvez a aplicação da qual mais gosto

esteja no campo médico.

É mais difícil imaginar uma interação
mais próxima com o corpo humano

do que realmente examinar dentro dele,

como realizar um procedimento
minimamente invasivo.

E aqui, robôs podem ser
muito úteis com o cirurgião,

porque eles devem entrar no corpo

usando pequenos furos
e instrumentos retos,

e esses instrumentos devem
interagir com estruturas delicadas

em um ambiente muito incerto,

de forma segura.

Levar uma câmera dentro do corpo também,

trazendo assim os olhos do cirurgião
para dentro do campo cirúrgico,

pode ser desafiador usando
um instrumento rígido,

como um endoscópio tradicional.

Com meu último grupo
de pesquisa na Europa,

desenvolvemos esta câmera-robô
mole para cirurgia,

que é muito diferente
de um endoscópio tradicional.

Ela pode mover graças
à flexibilidade do módulo

e dobrar em qualquer direção
e também se alongar.

Isso é de fato usado por cirurgiões
para ver o que estão fazendo

com outros instrumentos
por diferentes pontos de vista,

sem se preocuparem muito
com o que foi tocado em volta.

E aqui você vê o robô mole em ação

e ele simplesmente vai adentro.

Isso é um simulador de corpo,
não um corpo humano de verdade.

Ele vai ao redor.

Temos uma luz porque, usualmente,
não temos muitas luzes dentro do corpo.

Assim esperamos.

(Risos)

Mas às vezes, um procedimento cirúrgico
pode ser feito usando uma única agulha.

Em Stanford, agora, estamos trabalhando
em uma agulha muito flexível,

um tipo de robô mole muito pequeno

que é desenhado mecanicamente
para usar a interação com os tecidos

e conduzir-se dentro de um órgão sólido.

Isso torna possível alcançar vários alvos
diferentes, como tumores,

no fundo de um órgão sólido

ao usar um único ponto de inserção.

E você pode conduzi-la ao longo
de uma estrutura que se queira evitar

a caminho do alvo.

Claramente, este é um momento bastante
emocionante para a robótica.

Temos robôs que têm de lidar
com estruturas moles,

então isso significa
novas questões muito desafiadoras

à comunidade de robótica.

Claro, estamos começando
a aprender como controlar,

como inserir sensores nessas
estruturas muito flexíveis.

Mas não estamos nem perto
do que a natureza descobriu

em milhões de anos de evolução.

Mas uma coisa sei ao certo:

robôs serão mais moles e seguros,

e estarão lá fora para ajudar pessoas.

Obrigada.

(Aplausos)