Mesa de Ping Pong Robô Entrega Retornos Rápidos e Precisos
Crédito:Techxplore
Engenheiros do MIT entraram na cena do pingue-pongue robótico com um design leve e de alta performance, capaz de devolver os saques com precisão rápida.
O novo robô de tênis de mesa possui um braço multi-articulado montado em uma extremidade da mesa de pingue-pongue, equipado com uma pá comum. Com câmeras de alta velocidade e um sistema de controle preditivo, ele calcula o trajeto da bola e executa golpes como loop, drive ou chop, devolvendo-a com precisão e giro ao ponto-alvo na mesa.
Durante os testes, os engenheiros lançaram 150 bolas no robô em sucessão, do lado oposto da mesa de pingue-pongue. O robô obteve uma taxa de retorno geral de aproximadamente 88% em todos os três estilos de swing. Sua velocidade de golpe rivaliza com os retornos mais rápidos feitos por jogadores humanos e supera a de outros sistemas robóticos de tênis de mesa.
Expandindo o Alcance de Movimento do Robô para uma Maior Variedade de disparos e Potencial de Mercado
A equipe agora tem como objetivo expandir o alcance de movimento do robô para que ele possa lidar com uma variedade mais ampla de batidas. Com essa melhoria, eles veem potencial para que o sistema se torne um forte concorrente no crescente mercado de ferramentas de treinamento robóticas inteligentes.
Além do tênis de mesa, os pesquisadores acreditam que a tecnologia poderia aumentar a velocidade e agilidade de robôs humanoides, especialmente em cenários de alto risco, como operações de busca e resgate, onde reações rápidas e precisas são cruciais.
“Os desafios que estamos enfrentando—especialmente aqueles que envolvem a interceptação rápida e precisa de objetos—podem ser valiosos em situações onde um robô precisa realizar movimentos rápidos e dinâmicos e determinar onde seu efetor final deve encontrar um objeto em tempo real,” explica o estudante de pós-graduação do MIT, David Nguyen.
Nguyen co-autoria o estudo com o colega aluno de pós-graduação do MIT Kendrick Cancio e Sangbae Kim, professor associado de engenharia mecânica e diretor do Laboratório de Robótica Biomimética do MIT. Eles apresentarão suas descobertas este mês na Conferência Internacional de Robótica e Automação da IEEE (ICRA).
O Desafio de Construir Robôs de Ping Pong Desde a Década de 1980
Desde a década de 1980, pesquisadores têm enfrentado o complexo desafio de construir robôs capazes de jogar pingue-pongue—uma tarefa que exige uma mistura única de tecnologias, incluindo visão em alta velocidade, motores e atuadores responsivos, controle preciso de braços robóticos, previsões exatas em tempo real e planejamento estratégico do jogo.
“No que diz respeito a problemas de controle em robótica, você pode pensar nisso como um espectro”, explica Nguyen. De um lado, temos a manipulação—tipicamente lenta e altamente precisa, como pegar cuidadosamente um objeto. Do outro lado, há a locomoção, que diz respeito ao movimento dinâmico e à reação a distúrbios. O pingue-pongue exige a precisão da manipulação com a velocidade de tarefas dinâmicas, como devolver uma bola em 300 milissegundos.
Os sistemas robóticos de tênis de mesa evoluíram significativamente, com avanços recentes de empresas como Omron e Google DeepMind usando IA para aprender com jogadas passadas e se adaptar a uma gama mais ampla de estilos e tipos de golpes. Esses sistemas avançados agora são rápidos e precisos o suficiente para jogar em rallies com jogadores humanos de nível intermediário.
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No último projeto, os pesquisadores adaptaram um braço robótico leve e potente, criado para o robô humanoide do MIT, usado em testes de manobras dinâmicas como correr, pular e saltar, visando futuras missões de busca e salvamento.
Aprimorando Braços Robóticos para Ping Pong
Cada braço do humanoide possui quatro articulações, ou graus de liberdade, controlados por motores elétricos. Cancio, Nguyen e Kim criaram um braço robótico similar e o adaptaram para pingue-pongue, adicionando um grau extra de liberdade no pulso, permitindo um controle mais preciso da raquete.
A equipe instalou o braço robótico em uma mesa de pingue-pongue, cercado por câmeras de alta velocidade, e desenvolveu algoritmos que calculam a velocidade e o ângulo ideais da raquete para aplicar golpes como loop, drive ou chop.
Esses algoritmos foram implementados em três computadores que processaram simultaneamente os dados da câmera, estimaram a posição em tempo real da bola e converteram essas previsões em comandos que permitiram aos motores do robô reagir rapidamente e executar o golpe apropriado.
Após testar 150 rebatidas, o robô teve precisão similar nos três golpes: 88,4% (loop), 89,2% (chop) e 87,5% (drive). Com ajustes, seu tempo de reação superou sistemas atuais, atingindo 20 m/s.
Avanços em Direção ao Desempenho em Nível Humano em Robôs de Ping Pong
No estudo, a equipe relata que a velocidade média do golpe é de 11 m/s. Jogadores humanos avançados normalmente devolvem bolas a velocidades entre 21 e 25 metros por segundo. Desde os primeiros testes, os pesquisadores aprimoraram o sistema, atingindo golpes de até 19 m/s (cerca de 42 mph).
“Um dos principais objetivos deste projeto é mostrar que podemos alcançar o mesmo nível de atletismo que os humanos”, diz Nguyen. “E em termos de velocidade de ataque, estamos chegando muito perto.“
A pesquisa de acompanhamento deles também permitiu que o robô mirasse. A equipe integrou algoritmos de controle ao sistema, permitindo que o robô previsse não apenas como acertar a bola, mas também onde colocá-la. Com esta última atualização, eles podem definir um local alvo na mesa, e o robô devolverá a bola para esse ponto exato.
Fixado à mesa, o robô só alcança bolas próximas à linha central. Futuramente, será montado sobre uma ponte ou plataforma móvel para cobrir mais área e devolver mais tipos de jogadas.
“Um desafio do tênis de mesa é prever giro e trajetória com base no golpe do oponente — algo que um lançador automático não oferece“, diz Cancio. “Um robô como esse poderia replicar os movimentos de um oponente em um jogo, ajudando os humanos a praticar e melhorar.“
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