Custom Sensor Assemblies for Robotic and Cobotic OEMs

One of the key issues in robotics is co-ordinating data so that control functions work effectively. At HBK, our expertise lies in sensors that measure torque, force, mass, pressure. But we also know that other data dimensions are involved: acceleration, contact, distance, gyroscope, humidity, inertia, light, navigation, position, pressure, proximity, sound, temperature, tilt, voltage – and more.

O desafio

Por que temos robôs? Muitos bons motivos vêm à mente. Eles podem ser agrupados em torno de atividades, ambientes, produtividade e economia.

Algumas atividades são repetitivas e entediantes. Apertar as porcas das rodas pode muito bem ser uma etapa essencial na linha de produção de automóveis, mas não é uma atividade que possa ser classificada como uma “opção de carreira gratificante”. No outro extremo da escala, há atividades que são complexas e difíceis. Mas acrescente o elemento de repetição novamente e a frustração retornará. É muito melhor delegar tarefas repetitivas, como usinagem e fresamento, a máquinas CNC e deixar a imaginação humana livre para experimentar novas ideias.

Há muitos ambientes de trabalho que as pessoas consideram desagradáveis. Locais onde há muito calor ou frio, umidade ou aridez, ruído ou vibração, por exemplo. Alguns ambientes representam um risco inerente à saúde: cabines de pintura, reatores nucleares, vulcões, regiões polares.

Além disso, há ambientes de trabalho que são absolutamente perigosos: minas, operações em alto mar, altitudes mais elevadas, espaço sideral. Em vez de arriscar a vida e os membros, podemos construir robôs para lidar com esses ambientes.

A produtividade é um ótimo motivo para ter robôs. As máquinas podem realizar trabalhos com mais rapidez, precisão e consistência do que os humanos. E eles exigem menos tempo de inatividade. Tomadas coletivamente, essas ideias se somam a um forte argumento econômico a favor dos robôs. Robôs que realizam trabalhos que as pessoas não querem fazer e produzem maior valor do que os custos de propriedade e operação são um benefício para a sociedade.

Há uma outra razão pela qual temos robôs: a curiosidade humana. O simples fato é que algumas pessoas gostam muito de projetar soluções elegantes para problemas sofisticados.

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A resposta
Uma oportunidade

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Os robôs como os conhecemos hoje são uma combinação de ciência da computação e engenharia. Os sensores coletam dados sobre o ambiente; um programa de controle determina como e quando o robô atuará; os atuadores implementam a ação; os sensores coletam dados sobre a interação e fornecem feedback ao programa de controle. Repita infinitamente, em tempo real.

Essa frase simples — “sensores coletam dados” — esconde uma enorme complexidade. Cada sensor deve observar os sinais para os quais foi projetado, de forma confiável e precisa. Mas os algoritmos de controle raramente envolvem apenas um dado — vários sinais devem ser transformados em dados acionáveis e encaminhados ao controlador. Na HBK, nossa experiência está em sensores que medem torque, força, massa e pressão. Mas também sabemos que outras dimensões de dados estão envolvidas: aceleração, contato, distância, giroscópio, umidade, inércia, luz, navegação, posição, pressão, proximidade, som, temperatura, inclinação, tensão e muito mais. Um dos principais problemas da robótica é coordenar os dados para que as funções de controle funcionem de forma eficaz.

A questão da detecção e da programação se torna mais complexa no momento em que os humanos se aproximam. A ideia de um robô como auxiliar — um Co-Bot (robô colaborativo) — introduz parâmetros de segurança adicionais. Os robôs não devem se mover com um torque que possa ferir uma pessoa; portanto, os sensores devem reagir mais rápido, os atuadores devem desacelerar mais rapidamente. Esses aspectos também foram discutidos e acordados internacionalmente: O IEEE e o ISO emitiram padrões.

As questões se tornam ainda mais complexas quando o robô autônomo — controlado por um programa de Inteligência Artificial (IA) — se aventura na vida pública. Pois, embora deva agir independentemente de seus programadores, o robô pode, na prática, herdar suposições e preconceitos que refletem a definição das equipes de programação sobre decisões “normais”, “aceitáveis” ou “desejáveis”. Instituições líderes como o IEEE, bem como universidades como Stanford e MIT, agora reconhecem a “Ética dos Robôs” como um campo importante.

Apesar de toda sua sofisticação, os robôs estáticos de linha de produção são conceitualmente “simples”. Eles normalmente executam uma função específica: por exemplo: cortar, pressionar, soldar ou pintar. O robô individual não conhece a função que executa; nem o processo que o precede ou segue; muito menos o conceito de trabalho em equipe.

A verdadeira inteligência está em definir a sequência de ações robóticas, que é fornecida por especialistas humanos. E “encontrar uma solução melhor” é uma atividade humana inata. A busca por um modelo conceitual mais eficaz para um robô é uma questão fundamental. Isso afeta não apenas o design do robô, mas também a operação prática. Curiosamente, muitos modelos vêm da natureza.

Os comportamentos observados entre insetos, por exemplo, contribuem para os controles de robôs de armazenamento que buscam e transportam. Cada robô individual segue regras simples para garantir que cumpra sua missão sem atrapalhar os outros. Os modelos conceituais mais sofisticados usam insights da observação de enxames na natureza — de insetos, pássaros ou peixes — para permitir que robôs individuais compartilhem informações e coordenem suas ações, para aumentar a eficácia.

O potencial de mercado para robôs de linha de produção está em constante expansão. Os robôs que movimentam o estoque pelo chão de fábrica são populares. Na busca por maior eficiência, alguns fornecedores oferecem a capacidade de subir nas prateleiras ao selecionar o estoque; outros redesenharam o sistema de armazenamento e o robô que o acessa, para otimizar o uso do espaço do armazém.

Os robôs seguidores podem transportar cargas pesadas (como burro para fazendeiros ou gita para moradores da cidade). Os robôs autônomos estão ganhando força — tanto em instalações industriais privadas (como fábricas, minas ou para limpeza de armazéns) quanto em espaços públicos, para atividades como serviços de entrega. Enquanto isso, outros conceitos surgiram e criaram oportunidades adicionais, como robôs móveis, robôs aéreos e robôs flexíveis.

Os robôs transformarão o mundo do trabalho? Eles já o fizeram. Muitas atividades que eram repetitivas, chatas, desconfortáveis ou totalmente perigosas já são realizadas por robôs. Enquanto isso, os recursos humanos foram liberados, permitindo que as pessoas façam o que fazem de melhor: criar soluções sofisticadas e inovadoras para problemas desafiadores. Parece que essa tendência deve continuar. Se pudermos aumentar a produtividade e promover uma distribuição mais uniforme da riqueza dentro e entre as diferentes sociedades em todo o mundo, um mundo com robôs pode definitivamente ser um lugar melhor.