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, que possui mãos mecânicas acionadas por tendões com 25 graus de liberdade (DOF), alcançando um nível de destreza, força, segurança e confiabilidade próximo ao humano.

Este artigo é baseado na apresentação oficial da 1X Technologies e traz uma visão detalhada sobre esta mão mecânica.

A mão mecânica visa romper o limite das capacidades de hardware dos robôs humanoides, fazendo com que os dados sejam 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 quase qualquer tarefa que as mãos humanas podem realizar, com a precisão, adaptabilidade e suavidade necessárias em ambientes reais.

O 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 outro lado, 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: pegar, 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.

Experimentando o mundo com as pontas dos dedos

Ao observar uma pessoa diante de um objeto desconhecido, você perceberá que ela o pressiona para sentir a dureza, desliza os dedos para perceber a textura, pesa-o, 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 fazem perguntas de forma contundente 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 ficar preso no atuador. Fazer perguntas requer liberdade e precisão. Sentir sutilezas 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 dá um comando de posição e a mão se move para lá, mas não retorna nenhuma informação significativa. A razão está no atuador: sob 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 filmar 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, operando atuadores de precisão com uma relação de engrenagem baixa de cerca de 5:1 a 15:1 através de atuadores alinhados por tendões 1X. 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, enquanto a informação flui para dentro pelo mesmo caminho físico. Essa é a transparência de força, que pode converter empurrões 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 as pontas dos dedos com os olhos fechados. A postura, junto com a força, é sempre realizada através das mesmas 25 articulações.

25 maneiras de fazer perguntas

O que 25 graus de liberdade sensoriais podem trazer? Não é apenas 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 estrutura 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 em suas 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, se comunicar 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 se lave como um humano. O torque máximo nas articulações do polegar e do punho 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 de até 45 N. O torque nas articulações do pulso pode chegar a 17,75 Nm. Isso permite que a mão mecânica execute agarramentos completos, use ferramentas, levante e transporte, abra portas, empurre carrinhos carregados e faça 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 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. As visualizações mostram o vetor normal da superfície de contato, mapas de pressão durante um aperto de mão, e agarramentos delicados de objetos frágeis sem causar danos.

O design da pele é realizado em conjunto com 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 são 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, com a articulação do pulso 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 distal, permite que as articulações sejam acionadas de forma segura mesmo sob impactos externos. Vídeos em câmera lenta mostram que, quando a mão é batida, golpeada, presa em gavetas fechadas ou colidida com espuma, ela reage.

O hardware por trás

O desempenho da interface de programação de aplicativos (API) depende de sua camada física. Os motores estão localizados no antebraço, que é onde a maior parte da força de aperto humano reside, acionados por tendões dedicados no pulso. É assim que a mão leve pode gerar tanta força poderosa enquanto mantém 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, atuadores compactos e firmware específico para as mãos. Essa profunda integração vertical permite iterações rápidas e melhorias acumulativas. Cada dispositivo, desde o material dos tendões e motores 1X até os polímeros macios finais, pele e componentes sensoriais táteis, é feito internamente. Este ano, será possível produzir 10.000 mãos mecânicas.

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