Mão biónica inovadora reconhece aquilo em que está a tocar e ajusta-se

Uma equipa de engenheiros criou uma mão biónica inovadora que consegue manusear habilmente objetos, ajustando a aderência para evitar danificá-los.

Uma equipa do Laboratório de Neuroengenharia e Instrumentação Biomédica da Universidade Johns Hopkins criaram uma mão biónica inovadora, introduzindo uma nova abordagem híbrida às mãos robóticas, por via da fusão de elementos rígidos e macios de uma forma que imita o design único da mão humana.

A nova mão apresenta uma configuração de vários dedos feita de polímeros semelhantes a borracha sobre um esqueleto rígido impresso em 3D.

As três camadas de sensores táteis, modeladas conforme as camadas da pele humana, permitem a deteção de contacto para identificar texturas, formas e a força precisa necessária para pegar em vários objetos.

O objetivo desde o início tem sido criar uma prótese de mão que modelamos com base nas capacidades físicas e de deteção da mão humana - uma prótese mais natural que funciona e se sente como um membro perdido.

Queremos dar às pessoas que perderam um membro superior a capacidade de interagir livremente e em segurança com o seu ambiente, de sentir e abraçar os seus entes queridos sem a preocupação de os magoar.

Explicou Sriramana Sankar, o engenheiro biomédico da Johns Hopkins que liderou o trabalho.

Afinal, na tecnologia de próteses, as mãos robóticas são frequentemente demasiado rígidas para manusear com segurança objetos frágeis ou demasiado moles para manusear objetos mais pesados.

Este novo dispositivo resolve esse problema, combinando um exterior maleável com uma estrutura interna.

De facto, as articulações dos dedos, macias e cheias de ar, podem acomodar objetos delicados sem os esmagar, enquanto o núcleo sólido proporciona a estabilidade necessária para levantar ou agarrar materiais mais resistentes.

Estamos a combinar os pontos fortes da robótica rígida e macia para imitar a mão humana. A mão humana não é completamente rígida nem puramente macia - é um sistema híbrido, com ossos, articulações macias e tecidos a trabalhar em conjunto.

Explicou Sankar, revelando que é isso que a equipa pretende que a sua prótese de mão atinja, e referindo que se trata de um novo território para a robótica e a prótese, que ainda não tinham adotado totalmente esta tecnologia híbrida.

É ser capaz de dar um aperto de mão firme ou pegar num objeto macio sem medo de o esmagar.

 

Mão biónica quer devolver a sensação de tato

Outro foco da equipa é restaurar a sensação de tato em indivíduos com perda dos membros superiores. O dispositivo utiliza algoritmos de aprendizagem automática para processar os sinais dos recetores artificiais incorporados nas pontas dos dedos.

Estes sinais fundem-se com a atividade muscular do antebraço para orientar a força de aderência, o posicionamento dos dedos e a destreza geral.

A informação sensorial dos seus dedos é traduzida para a linguagem dos nervos para fornecer um feedback sensorial natural através da estimulação elétrica dos nervos. Cada uma das articulações dos dedos, macias e cheias de ar, pode ser controlada com os músculos do antebraço.

Disse Sankar.

Este avanço é importante, pois, para muitos utilizadores de próteses, recuperar a capacidade de "sentir" os objetos é tão importante como ser capaz de os segurar.

De acordo com Nitish Thakor, professor de engenharia biomédica da Johns Hopkins que dirigiu o trabalho, qualquer prótese de mão realista tem de incorporar três componentes principais:

1. Os sensores têm de detetar o que a mão está a tocar;
2. O sistema tem de converter esses dados em sinais semelhantes aos dos nervos;
3. Os nervos do utilizador têm de receber esses sinais como se viessem de um membro natural.

Exemplificando, o professor questionou: "Se estivermos a segurar uma chávena de café, como sabemos que estamos prestes a deixá-la cair? A palma da mão e as pontas dos dedos enviam sinais ao cérebro de que a chávena está a escorregar".

O nosso sistema é de inspiração neural - modela os recetores táteis da mão para produzir mensagens semelhantes a nervos, de modo que o "cérebro" da prótese, ou o seu computador, compreenda se algo está quente ou frio, mole ou duro, ou se está a escorregar.

Em experiências de laboratório controladas, os investigadores testaram o desempenho da nova mão biónica em 15 objetos comuns, desde peluches e esponjas de cozinha a ananases e caixas de cartão resistentes.

Estas experiências mostraram que a mão reconheceu habilmente as caraterísticas de cada objeto e ajustou a sua preensão em conformidade, com uma taxa de sucesso de 99,69% no manuseamento destes objetos sem erros.

Apesar de o protótipo representar um passo importante na direção de próteses que combinam sensibilidade e adaptabilidade humanas, os investigadores sublinham que o sistema ainda está na fase inicial de desenvolvimento.

À medida que a tecnologia for amadurecendo, poderá conduzir a próteses mais naturais que permitam aos utilizadores recuperar uma gama completa de movimentos e sensações.