O Toque Transforma a Percepção: Mãos Biônicas Sentem e Agarram como um Humano

A nova mão robótica híbrida combina partes macias e rígidas com tecnologia sensível ao toque, permitindo manuseio preciso e flexível de objetos. Crédito: Sriramana Sankar / Johns Hopkins University

Engenheiros da Universidade Johns Hopkins criaram uma mão protética inovadora que pode segurar delicadamente brinquedos de pelúcia, segurar garrafas de água com segurança e manusear outros objetos do cotidiano com precisão humana. Ao ajustar cuidadosamente sua pegada, a mão evita danos ou manuseio incorreto, oferecendo uma solução prática para indivíduos com perda de mão, ao mesmo tempo em que avança a interação robótica com o ambiente.

Ao contrário das mãos robóticas tradicionais, que tendem a ser muito rígidas ou muito macias, este design híbrido equilibra flexibilidade e força, permitindo movimentos mais naturais e sensibilidade ao toque. A pesquisa, publicada na Science Advances, apresenta um sistema inovador que imita as funções físicas e sensoriais de uma mão humana.

Prótese

“Nosso objetivo desde o início era criar uma prótese que reproduzisse de perto a mão humana tanto em função quanto em tato”, explicou Sriramana Sankar, o engenheiro biomédico que lidera o projeto. “Queremos que indivíduos com perda de membro superior interajam livremente com seus arredores, segurem seus entes queridos com segurança e recuperem a confiança nas tarefas diárias.”

Desenvolvida pela mesma equipe de pesquisa que introduziu a primeira “pele” eletrônica do mundo com uma sensação de dor semelhante à humana em 2018, a prótese incorpora um sistema multi-dedos feito de polímeros semelhantes à borracha e um esqueleto interno rígido impresso em 3D. Inspirada nas camadas da pele humana, ela apresenta três camadas de sensores táteis, permitindo que ela detecte diferentes formas e texturas de superfície em vez de apenas o toque básico. 

Próteses inteligentes: toque alimentado por IA traz sensação realista

Cada articulação macia e cheia de ar do dedo responde aos sinais musculares do antebraço, enquanto algoritmos de aprendizado de máquina processam o feedback sensorial para criar uma sensação de toque realista. “O sistema traduz sinais dos receptores de toque artificiais em mensagens semelhantes a nervos, fornecendo feedback sensorial natural por meio de estimulação elétrica nervosa”, acrescentou Sankar.

Em testes de laboratório, a mão protética identificou e manipulou com sucesso 15 objetos diferentes, variando de bichos de pelúcia macios e delicadas esponjas de prato a abacaxis resistentes e garrafas de água de metal. Ela superou as alternativas existentes com uma taxa de sucesso de 99,69%, ajustando dinamicamente sua pegada para evitar escorregar ou esmagar itens frágeis. Um de seus feitos mais impressionantes foi pegar um copo fino de plástico cheio de água usando apenas três dedos, sem amassá-lo ou derramá-lo.

“A mão humana não é totalmente rígida ou puramente macia, é um sistema híbrido com ossos, articulações macias e tecido trabalhando juntos”, disse Sankar. “É exatamente isso que queríamos replicar. Este é um território desconhecido para robótica e próteses, que não adotaram totalmente a tecnologia híbrida antes.”

Restaurando o toque: os três principais componentes das mãos protéticas de última geração

Para restaurar o sentido do toque para amputados, as mãos protéticas devem integrar três componentes críticos: sensores para detectar feedback ambiental, um sistema para converter esses dados em sinais semelhantes aos nervos e um método para estimular os nervos para que o usuário possa perceber sensações. Nitish Thakor, professor de engenharia biomédica da Johns Hopkins que dirigiu a pesquisa, enfatizou como o design bioinspirado realiza isso usando sinais musculares do antebraço para controlar a força de preensão e o movimento.

“Nosso sistema imita como o sistema nervoso humano funciona”, explicou Thakor. “Se você estiver segurando uma xícara de café, as pontas dos dedos e a palma da mão percebem quando ela começa a escorregar, enviando sinais para o seu cérebro. Esta prótese usa princípios semelhantes — seus receptores de toque produzem mensagens semelhantes a nervos para que a mão robótica “saiba” o que está tocando e reaja de acordo.”

Tecnologia Protética

Embora esta inovação na robótica híbrida possa transformar tanto a tecnologia protética quanto as aplicações robóticas, ainda são necessários refinamentos adicionais. Melhorias futuras podem incluir forças de preensão mais fortes, sensores adicionais e materiais de nível industrial.

“Este nível de destreza não é crítico apenas para próteses de próxima geração”, observou Thakor. “As futuras mãos robóticas devem manusear objetos delicados como vidro ou tecido e materiais mais pesados ​​e duráveis. Ao combinar elementos macios e rígidos — assim como pele, tecido e ossos humanos — esta abordagem híbrida abre caminho para uma robótica mais avançada e semelhante à humana.”

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