O robô humanoide NEO ganha "mãos ágeis": como as mãos se tornam a API para entrar no mundo físico?

Fonte: 1X Technologies

Organizado por: Felix, PANews

No dia 10 de julho, a empresa de robôs humanoides 1X Technologies lançou a nova geração do robô humanoide NEO, equipado com mãos mecânicas acionadas por tendões, que possuem 25 graus de liberdade (DOF), alcançando um nível de destreza, força, segurança e confiabilidade próximo ao humano.

Este artigo, baseado na apresentação oficial da 1X Technologies, oferece uma visão detalhada sobre esta mão mecânica.

A mão mecânica visa quebrar o gargalo das capacidades de hardware dos robôs humanoides, fazendo com que os dados se tornem o único obstáculo para melhorar o desempenho do robô. Ao alcançar ou até superar o desempenho das mãos humanas em dimensões-chave, garante que os modelos de IA não sejam mais limitados pela destreza. O robô NEO agora pode executar praticamente qualquer tarefa que as mãos humanas possam realizar, com a precisão, adaptabilidade e suavidade necessárias em ambientes reais.

Um robô humanoide é um computador que usa as mãos como API.

O modelo, a pilha de percepção e as pernas determinam o grau de contato do robô com o mundo. As mãos, por sua vez, determinam o que ele pode fazer, o que pode perceber e o que qualquer desenvolvedor que trabalhe com ele pode realizar. Um robô humanoide com garras de dois dedos só mostra aos desenvolvedores três ações: agarrar, colocar e empurrar. Cada aplicativo escrito nessa plataforma é uma combinação dessas três ações. O teto das capacidades não está no software, mas na extremidade dos braços.

Experienciando o mundo com as pontas dos dedos

Ao observar uma pessoa diante de um objeto desconhecido, você notará que ela o pressiona para sentir a dureza, desliza os dedos para perceber a textura, pesa o objeto, contorna-o para avaliar a forma, e aperta e solta para sentir sua elasticidade. O tato não é uma transmissão passiva de informações como uma câmera; é uma experiência. As mãos levantam questões e recebem respostas através das articulações que fazem as perguntas. Essa é a maneira como os humanos entendem os objetos e também a forma como aprendem a operar: desde a infância, através de milhões de explorações.

Isso significa que as mãos não são apenas atuadores fixos no final de um sistema de percepção; elas são um sistema de percepção em si, uma ferramenta. E a qualidade dessa ferramenta é determinada por todo o sistema. Fazer perguntas requer controle de força preciso. Ler respostas exige retroalimentação e transparência de força, para que o feedback possa retornar através do mecanismo de transmissão, e não estagnar na unidade de transmissão. Fazer perguntas requer liberdade e precisão. Sentir nuances requer pele. Capturar respostas rapidamente requer largura de banda. E milhões de explorações exigem robustez, pois explorar é entrar em contato, e o contato inevitavelmente causa desgaste.

As articulações são sensores

A maioria das mãos robóticas são dispositivos de leitura. Você emite um comando de posição, e a mão se move para lá, mas não retorna nenhuma informação significativa. A razão está na unidade de transmissão: com as relações de engrenagem comuns de 100:1 e 200:1, a fricção absorve a força de contato antes que ela chegue ao motor. Como as articulações da mão não têm sensação, os projetistas precisam instalar sensores externos e inferir o que acontece nas pontas dos dedos, como se estivessem filmando uma mão sem sensação com uma câmera.

As mãos do NEO são legíveis e graváveis. Elas foram desenvolvidas do zero por uma equipe de engenharia de primeira linha, utilizando atuadores de precisão acionados por tendões da 1X com uma relação de engrenagem baixa de cerca de 5:1 a 15:1. Todos os 25 graus de liberdade (22 graus de liberdade totalmente acionados nos dedos e na palma, mais 3 graus de liberdade no pulso) possuem controle de força nativo e podem ser totalmente retroalimentados. Ao pressionar os dedos, eles reagem e relatam com precisão a magnitude da força que você aplica. A força flui para fora, e a informação flui para dentro pelo mesmo caminho físico. Essa é a transparência da força, que converte a força de empurrão em medições.

Há também um mecanismo mais sutil que opera em paralelo: a propriocepção. Como cada articulação é um laço fechado, mesmo sem olhar, a mão pode sempre perceber sua própria postura, assim como você pode tocar suas pontas dos dedos com os olhos fechados. A postura, combinada com a força, é sempre realizada através das mesmas 25 articulações.

25 maneiras de fazer perguntas

O que exatamente 25 graus de liberdade sensíveis à força podem trazer? Não é para as articulações em si, mas para uma série de ações de agarrar e maneiras de fazer perguntas. A distribuição dos graus de liberdade é mais importante do que a quantidade: a maneira como os graus de liberdade são distribuídos no NEO é consistente com a anatomia humana e favorece um polegar que realmente pode se opor. Essa arquitetura visa alcançar o melhor equilíbrio entre a capacidade de operação do robô e a fabricação, controle e manutenção reais.

Essas novas mãos mecânicas podem alcançar ou até superar o nível humano em operações delicadas. O NEO pode montar blocos de Lego, retirar parafusos e moedas de uma carteira, girar e instalar lâmpadas, usar uma chave de fenda, girar objetos nas mãos, puxar zíperes de casacos, classificar uvas por cor, servir chá de um bule, pegar bolas macias, inserir carregadores USB-C, levantar copos, limpar superfícies com toalhas de papel e spray, comunicar-se em linguagem de sinais, entre muitas outras funções.

Essas mãos mecânicas, com 25 graus de liberdade, possuem classificação de impermeabilidade IP68 e padrões de segurança alimentar, permitindo que o NEO lave as mãos como um humano. O torque máximo na articulação do polegar pode chegar a 3,5 Nm, enquanto o torque máximo nas articulações dos dedos pode chegar a 2,6 Nm, com uma força de flexão na extremidade de até 45 N. O torque na articulação do pulso pode chegar a 17,75 Nm. Isso permite que a mão mecânica realize agarrações completas, uso de ferramentas, levantamento e transporte, abertura de portas, empurrar carrinhos carregados e realizar pinças precisas sob carga, mantendo total flexibilidade. Com uma precisão de posicionamento de ±0,2 mm, elas podem trabalhar em pequenas áreas (e perceber objetos).

O último meio milímetro

A pele aumenta os canais de informação. Os dados táteis são como uma imagem. Eles têm faixa dinâmica, resolução, canais e campo de visão. As mãos estão equipadas com sensores táteis ricos e de alta resolução nas pontas dos dedos e na superfície, capazes de medir força normal, posição de contato e força de cisalhamento. Isso permite que o NEO detecte quando um objeto começa a escorregar e reaja em tempo real. A visualização mostra o vetor normal da superfície de contato, o mapa de pressão durante um aperto de mão, e a capacidade de agarrar delicadamente objetos frágeis como papel dobrado sem causar danos.

O design da pele colabora com os sensores internos e os tendões que a acompanham. É um material funcional, não decorativo. Como a visão sozinha não é suficiente para realizar muitas tarefas (especialmente ao lidar com objetos pequenos, transparentes, deformáveis ou ocultos), esse feedback tátil é crucial para operações inteligentes adaptativas.

Além disso, essas mãos mecânicas foram projetadas para operação contínua, mantendo o desempenho mesmo após milhões de ciclos de interação. A confiabilidade permeia o design de cada subsistema e componente: roteamento de tendões, rolamentos, estrutura dos dedos, fiação, integração tátil, componentes eletrônicos e processos de montagem. Os componentes e o conjunto completo de dedos passaram por milhões de ciclos de teste, e as unidades de acionamento foram testadas em temperaturas extremas, enquanto a articulação do pulso foi validada em mais de 2 milhões de ciclos de confiabilidade sob alta carga.

A mão inteira atende ao padrão IP68, garantindo ainda mais segurança: uma relação de engrenagem extremamente baixa, combinada com acionamento por tendões e baixa inércia na extremidade, permite que as articulações sejam acionadas de forma segura, mesmo sob impactos externos. Vídeos em câmera lenta mostram que, quando golpeadas, marteladas, presas em gavetas fechadas ou atingidas por espuma, a mão ainda consegue reagir.

O hardware por trás disso

O desempenho da interface de programação de aplicativos (API) depende de sua camada física. O motor está localizado no antebraço, que é onde a maior parte da força de aperto humano se concentra, acionado por tendões dedicados no pulso. É assim que a mão leve consegue gerar uma força tão poderosa, mantendo uma temperatura suficientemente baixa para operação contínua.

A mão mecânica integra de forma compacta motores desenvolvidos internamente, componentes eletrônicos personalizados, sensores embutidos, sistemas de tendões dedicados, unidades de transmissão compactas e firmware específico para as mãos. Essa profunda integração vertical permite iterações rápidas e melhorias acumulativas. Cada dispositivo, desde o material dos tendões e o motor 1X até os polímeros macios finais, pele e componentes sensoriais táteis, é produzido internamente. Este ano, será possível produzir 10.000 mãos mecânicas.

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