Será que a "robótica flexível" pode abrir uma nova fronteira para os braços robóticos rígidos?

O desejo da humanidade de substituir o trabalho manual por máquinas não é novidade — e, de tempos em tempos, um avanço reacende esse sonho. Este ano, robôs humanoides lançados por empresas como Tesla e Xiaomi reacenderam o interesse na indústria da robótica.

No entanto, a dura realidade permanece: antes que as máquinas possam substituir completamente os humanos, é necessário alcançar uma ampla colaboração entre humanos e máquinas. O cenário atual da robótica ainda está em grande parte estagnado em um período com poucos produtos inovadores ou tecnologias disruptivas.

Tomemos como exemplo os braços robóticos — uma das tecnologias mais antigas e amplamente aplicadas. Sejam os braços industriais tradicionais ou os mais recentes modelos colaborativos, os objetivos principais continuam sendo velocidade e precisão na manufatura. Mas, à medida que aumentam as aplicações que envolvem interação física próxima com humanos, a demanda se desloca para a segurança.

Com o setor industrial atingindo a saturação, o mercado de braços robóticos precisa de novas oportunidades de crescimento.

Imagine um braço robótico que não seja apenas flexível e seguro, mas que também suporte controle interativo. Tal projeto rompe as barreiras do uso industrial tradicional e abre portas para o setor de serviços e muito mais.

Uma nova geração de braços robóticos surgiu para atender a essa demanda, apresentando estruturas macias e flexíveis e controle inteligente. Esses sistemas vêm em várias configurações, como versões com juntas de flexão, juntas telescópicas e designs híbridos rígido-flexíveis. Essas novas formas são construídas com base em inovações disruptivas na ciência dos materiais, estrutura e atuação.

Por trás dessa evolução está uma crença de longa data em tecnologia de ponta e robótica. O foco mudou para equipes visionárias e tecnologias originais capazes de reformular os sistemas robóticos essenciais desde a sua base.

Diferentemente dos braços robóticos convencionais, esses novos braços flexíveis assemelham-se a trombas de elefante em aparência — flexíveis, orgânicos e ágeis. Essa abordagem biomimética representa um grande afastamento das articulações rígidas acionadas por motores.

A principal inovação reside no projeto fundamental do sistema. Em vez de juntas mecânicas rígidas acionadas por motores e redutores de engrenagem, os novos braços utilizam conjuntos de juntas flexíveis, semelhantes a músculos, formadas por materiais macios. Estas são alimentadas por atuadores hidráulicos, conhecidos como sistemas SlimDrive, que oferecem flexibilidade e adaptabilidade superiores.

Esses atuadores flexíveis são derivados de tecnologias microfluídicas e utilizam controle preciso da pressão do ar para acionar os movimentos. Cada junta flexível normalmente consiste em 3 a 6 atuadores flexíveis — uma estrutura otimizada para movimento tridimensional, minimizando o custo do material.

Dentro do braço robótico, o ar pressurizado flui através de tubos interligados até os atuadores flexíveis, que se expandem ou contraem para controlar o movimento. Ao variar a pressão do ar em cada atuador, o braço consegue realizar mudanças de direção precisas e suaves.

Este design permite a operação segura em ambientes complexos, incluindo interação humano-máquina, espaços confinados e ambientes com muitos obstáculos. É particularmente valioso para tarefas que exigem delicadeza, como interagir com objetos frágeis ou sensíveis.

No nível de controle, os algoritmos ainda se assemelham aos dos braços robóticos tradicionais — rastreando o movimento na ponta e calculando a cinemática reversa para cada articulação. No entanto, o aumento dos graus de liberdade e a não linearidade do material adicionam complexidade ao planejamento do movimento, exigindo novas abordagens para alcançar o controle ideal.

O maior desafio na robótica flexível reside em repensar toda a arquitetura do sistema. Como tudo — dos materiais ao controle de movimento — é fundamentalmente diferente, não existe uma solução pronta de código aberto que possa ser replicada.

Mas é também isso que confere a esses sistemas suas vantagens distintas:

Flexibilidade sem precedentes:

Os braços flexíveis podem atingir seis graus de liberdade, assim como os braços rígidos tradicionais. Mas, com graus de liberdade internos adicionais provenientes da redundância dos atuadores, eles podem realizar manobras complexas em espaços confinados, evitar obstáculos com mais eficácia e reduzir as necessidades espaciais.

Segurança aprimorada na interação humano-máquina:

Os braços colaborativos tradicionais dependem de sensores e sistemas de visão para garantir a segurança. Mas, quando estes falham, a rigidez e a inércia inerentes ainda podem causar danos. Os braços flexíveis, por outro lado, são inerentemente mais seguros — mais leves, mais adaptáveis ​​e acionados por fluidos compressíveis que absorvem impactos.

Leve, porém com alta capacidade de carga:

O peso costuma ser um fator limitante em robôs móveis e de serviço. Os braços flexíveis superam essa limitação, oferecendo uma relação carga/peso de até 3:1. Por exemplo, um braço flexível de 3 kg pode lidar com cargas superiores a 10 kg, graças à alta elasticidade dos atuadores e ao uso de ar comprimido em vez de motores pesados.

Melhor relação custo-benefício:

Devido à sua simplicidade estrutural, os braços flexíveis eliminam muitos dos componentes mais caros dos braços tradicionais — como motores, caixas de engrenagens e controladores, que juntos representam mais de 70% do custo total em muitos sistemas robóticos. O resultado é uma solução de alto desempenho com uma cadeia de suprimentos mais eficiente e escalável.

Uma aplicação promissora de braços robóticos flexíveis é a sua integração com drones. Os braços robóticos tradicionais são difíceis de montar em drones devido ao peso e à rigidez. Mas os braços flexíveis podem ser projetados para atender a requisitos rigorosos de espaço e flexibilidade, permitindo manipulação aérea, coleta remota, entrega de objetos e inspeção.

Em tarefas de inspeção, elas ajudam a prevenir problemas como portas emperradas, a navegar em espaços apertados com equipamentos e a realizar operações de contato seguras. Além dos UAVs, os braços flexíveis também serão integrados a robôs terrestres móveis (por exemplo, AGVs/AMRs), abrindo caminho para novas classes de sistemas inteligentes compostos.

No setor de serviços, o futuro é ainda mais promissor. Com baixo custo, design leve, interação humana segura e implantação rápida, os braços robóticos flexíveis não vieram para substituir os tradicionais, mas sim para complementá-los. Enquanto os braços rígidos continuarão a dominar as aplicações industriais de grande porte, os braços flexíveis estão prestes a abrir um novo oceano azul em campos emergentes como cuidados, logística, educação e serviços domésticos.