O incrível potencial de robôs moles e flexíveis

Os robôs são concebidos para rapidez e precisão - mas a sua rigidez tem limitado a forma como são usados. Nesta esclarecedora palestra, Giada Gerboni, engenheira biomédica, mostra os mais recentes desenvolvimentos em "robôs flexíveis", uma área nova que procura criar máquinas ágeis que imitem a natureza, como um polvo robótico. Saibam mais sobre como estas estruturas flexíveis podem ter um importante papel em cirurgias, na medicina e na nossa vida diária.

Portanto, robôs.

Os robôs podem ser programados

para fazerem a mesma tarefa
milhentas vezes sem o mínimo erro,

algo bastante difícil para nós, não é?

Pode ser bastante impressionante
vê-los a trabalhar.

Olhem para eles.

Eu podia observá-los durante horas.

Não é?

O que é menos impressionante

é que, se retirarmos
estes robôs das fábricas,

para ambientes não tão perfeitamente
conhecidos e medidos como aqui,

para fazerem uma tarefa simples
que não requer muito rigor,

aconteceria isto.

Quer dizer, para abrir uma
porta não é preciso tanta precisão.

(Risos)

Ou um pequeno erro nas medidas

e ele não acerta na válvula

(Risos)

sem hipótese de recuperação,
ma maior parte das vezes.

Porque é que é assim?

Bem, durante muitos anos,

os robôs têm sido concebidos
para realçar a rapidez e a precisão,

e isso traduz-se numa arquitetura
muito específica.

O braço de um robô

é uma estrutura bem definida
de ligações rígidas

e motores, a que chamamos atuadores,

que movem as ligações entre articulações.

Nesta estrutura robótica,

temos que medir perfeitamente o ambiente,

o que está em volta,

e temos que programar
perfeitamente cada movimento

das articulações do robô,

porque um pequeno erro
pode gerar uma grande falha,

e podemos estragar alguma
coisa ou até mesmo o robô

se alguma coisa for mais rija.

Vamos falar deles um bocado.

Não pensem nos cérebros destes robôs

nem como os programamos cuidadosamente,

olhem apenas para os seus corpos.

Há obviamente algo de errado com eles,

porque o que torna um robô preciso e forte

também o torna ridiculamente perigoso
e ineficaz no mundo real,

porque o corpo não se pode deformar

nem ajustar-se para uma interação
com o mundo real.

Por isso, pensem na abordagem contrária,

ser mais mole que tudo à nossa volta.

Podem pensar que não conseguimos
fazer nada se formos moles,

provavelmente.

Mas a natureza ensinou-nos o contrário.

Por exemplo, no fundo do oceano,

sob uma carga de milhares de quilos
de pressão hidrostática,

um animal totalmente mole

pode mover-se e interagir
com coisas muito mais rijas que ele.

Consegue transportar
esta casca de coco

graças à flexibilidade
dos seus tentáculos,

que servem tanto de pés como mãos.

E parece que um polvo também
consegue abrir um boião.

É impressionante, não é?

Obviamente, isto não é possível
graças apenas ao cérebro do animal.

mas também graças ao seu corpo,

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

de inteligência incorporada,

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

Todos a temos.

O nosso corpo, a sua forma,
o seu material e a sua estrutura

têm um papel fundamental
durante uma tarefa física,

porque podemos adaptar-nos
ao nosso ambiente

de modo a termos sucesso
em muitas situações

sem grande planeamento
ou cálculos prévios.

Por isso, porque não
pôr esta inteligência incorporada

nas nossas máquinas robóticas,

para elas não dependerem
de trabalho excessivo

em cálculos ou sensações?

Podemos seguir a estratégia da natureza

porque, com a evolução,
ela fez um excelente trabalho

em conceber máquinas
para interagir com o ambiente.

É fácil notar que a natureza usa
material mole com frequência

e material rijo com frugalidade.

Isto é o que se faz
nesta nova área ou robótica

que se chama "robótica mole",

em que o principal objetivo
não é fazer máquinas super precisas,

porque já as temos,

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

capazes de ir lá para fora.

O que torna um robô mole é,
primeiro que tudo, o seu corpo adequado,

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

por isso não há ligações rígidas.

Em segundo lugar, para os movermos,
usamos uma atuação distribuída,

para controlarmos continuamente
a forma deste corpo deformável,

o que tem o efeito de ter muitas
ligações e articulações,

mas não temos nenhuma estrutura rígida.

Podem imaginar que construir um robô mole
é completamente diferente

de construir um robô rijo,
em que temos engrenagens e parafusos

que temos que combinar
de uma forma precisa.

Nos robôs moles, construímos
habitualmente o atuador

a partir do zero,

mas modelamos o material flexível

na forma que corresponde
a um certo contributo.

Aqui, por exemplo,
podemos deformar uma estrutura

fazendo uma forma relativamente complexa

se pensarmos em fazer o mesmo
com ligações e articulações rígidas,

e aqui, o que usamos
é apenas um contributo,

como a pressão do ar.

Mas vamos ver alguns exemplos
giros de robôs moles.

Este pequeno robô engraçado
desenvolvido na Universidade de Harvard,

que anda graças a ondas de pressão
aplicadas em todo o corpo,

e que, devido à sua flexibilidade,
pode esgueirar-se sob uma ponte baixa,

continuando a andar,

e depois, continuar a andar
de modo um pouco diferente.

Este é um protótipo muito preliminar,

mas também foi construída uma versão
mais robusta com energia incorporada

que pode ser enviada para o mundo
e enfrentar interações reais

como um carro a passar por cima dele

e continuar a funcionar.

É fofo.

(Risos)

Ou um peixe robótico, que nada
na água como um peixe real

simplesmente porque tem
uma cauda mole com atuação distribuída

que também usa a pressão do ar.

Aquilo era do MIT,

e claro, temos um polvo robótico.

Este foi um dos primeiros projetos

desenvolvidos nesta nova área
de robôs moles.

Aqui vemos o tentáculo artificial,

mas construíram uma máquina
com vários tentáculos

que podiam atirar para a água.

Vemos que isto pode andar por aí
e fazer explorações submarinas

de uma maneira diferente
do que fariam os robôs rígidos.

Isto é muito importante para ambientes
delicados, como os recifes de corais.

Vamos voltar para a terra.

Aqui podem ver a vista

a partir de um robô desenvolvido
pelos meus colegas em Stanford.

Vemos a câmara fixa no topo.

Este robô é especial,

porque, usando a pressão do ar,
cresce a partir da ponta,

enquanto o resto do corpo permanece
em contacto firme com o ambiente.

Isto foi inspirado por plantas
- e não por animais -

que crescem através do material
de uma forma semelhante

para poderem enfrentar
uma grande variedade de situações.

Eu sou engenheira biomédica,

e a especialidade que prefiro

é talvez a área médica.

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

do que entrar dentro do corpo,

por exemplo, para um procedimento
minimamente invasivo.

Aqui, os robôs podem ser
muito úteis para o cirurgião,

porque têm que entrar no corpo

através de pequenos buracos
e instrumentos retilíneos.

Estes instrumentos têm que
interagir com estruturas delicadas

num ambiente muito incerto.

Isto tem que ser feito com segurança.

Ao introduzirem a câmara no corpo,

levam também os olhos do cirurgião
para a área cirúrgica

o que pode ser problemático
com uma haste dura,

como um endoscópio clássico.

Com o meu anterior grupo
de investigação na Europa,

desenvolvemos esta
câmara-robô mole para cirurgias,

que é muito diferente
do endoscópio clássico.

Pode mover-se graças
à flexibilidade do módulo

que pode dobrar-se em qualquer direção
e também alongar-se.

Isto já foi utilizado por cirurgiões
para poderem ver o que estão a fazer

com outros instrumentos
de vários pontos de vista,

sem se preocuparem muito
com o que estava a ser tocado em volta.

Aqui podem ver o robô mole em ação.

Ele limita-se a entrar.

Este é um simulador de corpo,
não um corpo humano real.

Ele anda em volta.

Temos uma luz, porque normalmente,

não há muitas luzes
dentro do nosso corpo.

Esperemos que não haja.

(Risos)

Mas, por vezes, um procedimento cirúrgico
pode ser feito com uma simples agulha,

e agora em Stanford, estamos a trabalhar
numa agulha muito flexível,

como um minúsculo robô mole

que é mecanicamente concebido
para usar a interação com os tecidos

e orientar-se dentro de um órgão sólido.

Isto torna possível alcançar
diversos alvos, como tumores,

bem no fundo de um órgão

usando apenas um ponto de inserção.

Podemos até orientar-nos em torno
de uma estrutura que queremos evitar

no percurso para o alvo.

Esta é claramente uma época
entusiasmante para a robótica.

Temos robôs que têm que lidar
com estruturas moles,

e isso apresenta novas
e desafiantes questões

para a comunidade robótica.

Claro, estamos ainda
a aprender como os controlar,

como colocar sensores
nestas estruturas flexíveis.

Mas claro, não estamos nem perto
daquilo que a natureza fez

em milhões de anos de evolução.

Mas há uma coisa
de que eu tenho a certeza:

os robôs tornar-se-ão
mais moles e mais seguros,

e andarão por aí a ajudar as pessoas.

Obrigada.

(Aplausos)