Sistema nervoso artificial ajuda robôs a sentirem o mundo

Para humanos, é muito simples andar sem colidir com objetos, entender a profundidade de uma sala ou subir uma escada. No entanto, essa noção espacial vinda “de fábrica” é fruto da boa relação entre o cérebro e seus milhares de neurônios e sensores nervosos espalhados pelo corpo e os milhares de anos de evolução natural. Agora, imagine um robô? Ele não nasceu com essa capacidade de interpretar o mundo.

Buscando potencializar a utilização de robôs, o Dr. Rob Shepard e sua equipe da Universidade Cornell, em Nova Iorque, desenvolveram um sistema nervoso artificial para máquinas. Só que no lugar de imitar os sinais elétricos do sistema nervoso humano, sua equipe desenvolveu um novo a partir das diferentes percepções da luz. Foram incorporadas fibras ópticas dentro de um material elástico impresso em 3D, apelidado de optical lace, capaz de detectar mudanças sensíveis na pressão e identificar com precisão sua localização.

A invenção de Shepard é mais que uma pele artificial. As fibras ópticas podem ser distribuídas tanto dentro do robô quanto em sua superfície, dando à máquina uma sensação tátil e uma ideia de sua própria posição corporal no espaço. Assim, o optical lace não é um revestimento superficial de sensores mecânicos, mas uma plataforma inteira que pode finalmente proporcionar aos robôs redes nervosas em todo o corpo.

Um dia, os engenheiros esperam usar esse material para revestir o interior de metal dos robôs já existentes, transformando o C-3PO em uma criatura de Westworld. Os robôs com esse sentido “corporal” podem atuar de melhor maneira como cuidadores para os idosos, afirma Shepard, porque não correm riscos de prejudicá-las inadvertidamente. Os resultados da pesquisa foram publicados na Science Robotics.

Um casamento não convencional

O optical lace é especialmente criativo porque combina duas ideias contrastantes, uma inspiração biológica e outra artificial. Sua principal ideia é baseada no reino animal, onde visão, audição, olfato, paladar e tato ajudam na interpretação do mundo exterior. Essa percepção é conhecida como exterocepção.

Já a propriocepção acontece quando se sente onde partes do corpo estão no espaço, sem a necessidade visualizá-las. Embora menos intuitiva que a exterocepção, a propriocepção também se baseia em alongamentos e outras deformações nos músculos, tendões e receptores sob a pele, que geram correntes elétricas que disparam estímulos para o cérebro, melhorando a interpretação. Dessa forma, é possível, em teoria, recriar ambas as percepções com um único sistema de transporte de informações.

Nesse momento, entra na pesquisa de Shepard o fator artificial. No lugar de usar propriedades elétricas, a equipe se voltou para a luz como portadora de dados. “Comparada à eletricidade, a luz transporta informações mais rapidamente e com maiores densidades de dados”, explica a equipe. A luz também pode ser transmitida em várias direções simultaneamente, sendo menos suscetível a interferências eletromagnéticas.

Como funciona?

A construção do optical lace começa por uma base para as fibras nervosas ópticas, onde a equipe construiu uma estrutura de treliça cheia de poros, como uma rede, com diferentes tipos de rigidez ao longo da peça, de maneira que a parte superior ficou mais sensível e a inferior mais rígida.

A partir desta estrutura, a equipe inseriu filamentos de luz LED azul na peça. Um deles é fixado horizontalmente pela parte superior, a mais macia, e outros correm perpendicularmente à entrada em forma de “U”, passando das regiões mais superficiais até regiões mais profundas. Todos esses filamentos sentem e reagem às pressões exteriores.

Embora inovador, o optical lace ainda deve ser aprimorado. Um dos seus principais problemas é a questão da escala: devido à perda de luz, o material é limitado a um determinado tamanho. Por enquanto, o optical lace pode ser adicionado em partes pontuais do corpo, onde a percepção é mais crítica, como nas pontas dos dedos e das mãos.

Fonte: Canaltech

Cristiane Tavolaro

Sou física, professora e pesquisadora do departamento de física da PUC-SP. Trabalho com Ensino de Física, atuando principalmente em ensino de física moderna, ótica física, acústica e novas tecnologias para o ensino de física. Sou membro fundadora do GoPEF - Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da PUC-SP e co-autora do livro paradidático Física Moderna Experimental, editado pela Manole.

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