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FIAP - Singularity University - Artigo 2012
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FIAP - Singularity University - Artigo 2012

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Artigo desenvolvido para a pós graduação MBA Engenharia de Software sobre robótica assistiva, em parceria com a Singularity University - EUA.

Artigo desenvolvido para a pós graduação MBA Engenharia de Software sobre robótica assistiva, em parceria com a Singularity University - EUA.

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  • 1. FIAP SINGULARITY UNIVERSITYO FUTURO DA ROBÓTICA PODE MELHORAR A VIDA DAS PESSOAS COM DEFICIÊNCIA FÍSICA? Victor Sheiji Sato sato.victor@gmail.com Orientador: Ms. Eduardo Endo RESUMOA robótica assistiva ou de apoio é a área da robótica que pesquisa, estuda e desenvolvemecanismos voltados para ajudar seres humanos, principalmente àqueles que possuemalguma deficiência física, seja ela congênita ou adquirida. Esta área da robótica está emgrande ascensão devido aos grandes avanços tecnológicos, a consequente baixa decustos em eletroeletrônica e em recursos computacionais. Com isso a construção deaparelhos cada vez mais eficazes para ajudar pessoas com deficiências físicas,principalmente de locomoção, está tornando-se mais frequente e trazendo resultadosmelhores para a humanidade. Ainda existem muitos desafios a serem vencidos pelarobótica, como a falta de padronização de hardware e software, e o principal e maiordesafio de todos: tornar a robótica mais próxima da essência do ser humano, capturando,analisando e compreendendo sentidos, intenções e estímulos, aumentando aindependência e inclusão social daqueles com necessidades especiais, ou seja, tornar arobótica ainda mais útil para as necessidades do ser humano.Palavras-chave: robótica assistiva humanoides próteses. ABSTRACTAssistive robotics is a part of robotics that research, study and develop devices to helppeople specially those who have a physical disability, whether congenital or acquired. Thisrobotic’s area is growing because of the technological advancements with the consequentlower costs in electronics and computing resources. So, the construction of this kind ofdevices is getting better, increasingly effective in helping people with disabilities, especiallymobility, and is becoming more frequent and bringing better results for humanity. There arestill so many challenges to be overcome by robotics, for example the standardization ofhardware and software, but the major challenge for all is: make robot closer to the essenceof the human being, capturing, analyzing and understanding the feelings, intentions andstimuli, increasing independence and social inclusion of those who have special needs i.e.make robotics more useful for human.Keywords: assistive robotics humanoid prosthesis.
  • 2. INTRODUÇÃOO futuro da robótica pode melhorar a vida das pessoas com necessidadesespeciais? Sim, é possível. Segundo Dan Barry, ex-astronauta da NASA, arobótica hoje ainda não é muito útil ao ser humano, mas as pesquisas nesteramo atualmente tem foco em melhorar a vida das pessoas e seus avançosdemonstram que é possível fazer dispositivos úteis aos seres humanos,principalmente na área da robótica assistiva e com equipamentos paraajudar na locomoção de pessoas com deficiência.O propósito deste artigo é obter uma visão geral da robótica assistiva, suaevolução ao longo dos anos e as inovações obtidas com o resultado depesquisas e estudos, além de levantar as dificuldades e obstáculos para osnovos desafios para criação de mecanismos mais próximos àsnecessidades de seres humanos com deficiências físicas. Bricher (2008)define que: [...] Para ajudar o ser humano na reabilitação os robôs tem que compreender como funcionam os seres humanos. Os robôs devem ser capazes de detectar intenções e suportar a movimentação do paciente, motivando o paciente.Esta é a principal razão e também a maior dificuldade da robótica naconstrução dos equipamentos para ajudar as pessoas, tornar osdispositivos mais precisos e inteligentes, capazes de compreenderintenções humanas e interpretar sensações e estímulos.Atualmente existem várias pesquisas na robótica, por exemplo, naconstrução de próteses inteligentes que são utilizadas por pessoas comalguma deficiência física motora congênita ou adquirida, de forma apropiciar alguma mobilidade para a mesma (MOURA et. al, 2011).Por isso é importante estudar as variadas linhas de pesquisa ecompreender as principais dificuldades a serem vencidas pela robótica, bemcomo as principais expectativas de avanço de acordo com o mercado, asevoluções tecnológicas e os incentivos à inovação para ajudar as pessoas.O método utilizado para a construção deste artigo foi baseado empesquisas exploratórias sobre o assunto, com a busca das informações em
  • 3. artigos e textos publicados por reconhecidos autores, professores,estudantes entre outros.Para analisar a aplicação da robótica tendo como objetivo ajudar aspessoas com deficiência física em relação à mobilidade, circunscrito à áreade Robótica Assistiva ou de Apoio, a presente pesquisa se organizou emtorno de 4 tópicos. O primeiro item apresenta a Robótica Assistiva, fazendouma avaliação de como a robótica deixou de ser vista somente como áreade pesquisa e estudo voltada para a indústria e evolução de processos demanufatura, passando a ter estudos e desenvolvimento de equipamentosvoltados para ajudar também seres humanos em relação as suasdeficiências, principalmente em relação a mobilidade dos membros. Emsegundo lugar, é feita a apresentação dos desafios da robótica, econsequentemente da robótica assistiva, para a construção de novosdispositivos que sejam eficazes e satisfaçam as necessidades dos usuários.No terceiro tópico temos as aplicações práticas da robótica atualmente eseus principais resultados e benefícios para deficientes com dificuldades emlocomoção. E por fim apresentamos algumas expectativas em relação aofuturo da robótica e da construção de novos equipamentos. 1. Robótica AssistivaRobótica trata-se da ciência que estuda os robôs, termo que veio do checo“robota”, que significa servo ou escravo. A princípio a robótica foi uma áreaque se desenvolveu no âmbito industrial, com máquinas que realizavamtrabalhos repetitivos em linhas de produção, substituindo o trabalho doshumanos em atividades rotineiras do trabalho. A Robótica ou o estudo derobôs também pode ser definida como uma disciplina da engenharia, ondefuncionalmente, um robô é um agente físico que tem a capacidade deexecutar movimentos para realizar alguma tarefa (MING XIE,FUNDAMENTALS OF ROBOTICS).Mas com o passar do tempo, a robótica começou a ter outros focos deestudo, pesquisa e desenvolvimento, que não voltados somente para a
  • 4. construção de máquinas para indústria. Uma dessas linhas é a robóticaassistiva, que é uma das vertentes da robótica voltada para odesenvolvimento de equipamentos que possam ajudar as pessoas,principalmente com algum tipo de deficiência física, seja esta qual for suaorigem, mitigando suas limitações e ampliando suas capacidades, de formaa promover a independência e a inclusão.E esta é uma das áreas da robótica que vem se desenvolvendo comdestaque nas últimas décadas, construindo mecanismos capazes deauxiliar seres humanos com alguma deficiência ou dificuldade, sendo queum de seus principais focos está na criação e evolução de equipamentospara reabilitação de pacientes com necessidades especiais paralocomoção, seja por doença congênita, adquirida ou por acidentes, comoexemplo a criação de próteses (membros mecânicos, controlados porsensores), cadeiras de rodas inteligentes, robôs humanoides para ajudarem tarefas rotineiras, robôs assistivos sociais entre outras tecnologias.Esta área da robótica tem demonstrado grandes avanços com criações quefacilitam a adaptação às necessidades das pessoas, possibilitando odesenvolvimento de capacidades que antes não eram possíveis ou erammuito árduas para serem realizadas devido à deficiência. Uma simplescadeira de rodas antigamente exigia que o indivíduo tivesse que aumentarmuito a força em seus braços para locomover-se, e com o avanço darobótica assistiva, hoje cadeiras automatizadas e inteligentes são capazesde permitir a fácil locomoção do indivíduo nos mais variados ambientes.Porém, assim como a robótica em geral, a assistiva ainda precisa vencermuitos desafios em relação ao uso de tecnologias – novos dispositivos sãocriados e é necessário avaliar e empregar da melhor forma possível, – odesign de criação dos equipamentos, que afeta diretamente a questão dausabilidade, provendo um dispositivo realmente eficaz e que satisfaça asnecessidades dos usuários, permitindo exercer tarefas de forma natural epossibilitando sua integração à sociedade; além disso, devem serconsiderados pontos como eficiência energética e a segurança, onde osmecanismos devem ser severamente testados e aprovados para que
  • 5. possam ser utilizados por pessoas, e que sejam ecologicamente corretos,além de possuir boa autonomia em relação ao consumo de energia queutilizam para seu funcionamento. Estes são alguns desafios que a robóticaassistiva ainda precisa vencer para o sucesso na criação de dispositivoscada vez mais eficazes e mais próximos das reais necessidades dahumanidade. 2. Desafios da robótica assistiva A robótica assistiva, assim como a robótica em geral, possui diversos desafios a serem vencidos para o sucesso na construção de novos dispositivos que satisfaçam as necessidades dos seres humanos e contribuam para a sociedade. Um dos grandes desafios da robótica (e da robótica assistiva) é a falta de padronização em termos de hardware e software, o que acaba dificultando no controle e na real medição da evolução das construções de dispositivos, pois diversas empresas e pessoas podem desenvolver uma ideia semelhante de formas diferentes, mas que possuem um objetivo em comum, fazendo com que nem todos os dispositivos construídos sejam de fato utilizados. Além disso, o conhecimento e a experiência acabam sendo descentralizados e nem sempre podem ser levados como referência, pois dependem da tecnologia utilizada (hardware e/ou software). Esta falta de padrão também já foi enfrentada em tempos atrás pelo mundo da computação, hoje mais consolidado e estável, após décadas de experiências e desenvolvimentos diversos que ajudaram para o amadurecimento e crescimento das empresas de hardware e software em geral, fortalecendo as corporações e criando uma enorme massa de conhecimentos que hoje são referências para futuras criações. Em “A Robot in Every Home”, de Bill Gates, o autor compara o mundo da robótica com o da computação quando no passado, há 30 anos – em seu princípio, quando ainda havia muitas ideias e pouco uso prático – assim como hoje a robótica ainda possui grande parte de suas invenções em
  • 6. brinquedos e protótipos não muito funcionais ou que não foram altamentetestados e verificados para serem suficientemente seguros e confiáveispara serem utilizados por seres humanos; e em contrapartida, após essastrês décadas hoje a computação é uma realidade no dia a dia depraticamente todo ser humano, seja em atividades na sua casa, escola outrabalho, enquanto a robótica ainda necessita de amadurecimento einvestimentos para ganhar mercado e confiança.Outro grande desafio a ser vencido está na aproximação entre homem-máquina, onde os dispositivos precisam ser adaptados cada vez mais aoser humano em relação aos sentidos (tato, audição, visão), ou seja, énecessário realizar a construção de humanoides e dispositivos ainda maispróximos de seres humanos que de máquinas, capazes de reconhecer,por exemplo, superfícies, sons e imagens em diferentes ambientes damesma forma que seres humanos são capazes, discernindo pequenasdiferenças em detalhes e características e realizando reconhecimentos pormeio de mecanismos altamente complexos, aumentando assim acomplexidade e dificuldade no desenvolvimento de softwares e rotinaspara uso em robôs na tecnologia assistiva, além da necessidade cada vezmaior de hardware (sensores) cada vez mais especialista e de altasensibilidade, possibilitando a simulação de estímulos cada vez maispróximos dos sentidos humanos.Infelizmente este desafio de trazer para mais perto a robótica em relaçãoaos seres humanos ainda está longe de ser vencido. Tondu e Bardou(2009) relata que apesar de termos avanços, ainda estamos longe de umasolução: “A estreita relação entre a pessoa com deficiência, os robôs e o ambiente faz com que o problema da eficiência dos dispositivos da robótica de apoio seja muito difícil e, apesar de alguns resultados parciais de sucesso, ainda não existe uma solução definitiva.”O desafio está ligado não somente ao hardware, mas também ao softwareonde cada vez mais se aplicam tecnologias e estudos no desenvolvimentoda inteligência artificial e no tratamento de comandos processados pelasmáquinas de forma a reproduzir naturezas humanas (como andar, segurar,
  • 7. etc). Os desafios do desenvolvimento de software estão fortemente associados à evolução dos protótipos, pois é através da conversão de sinais em códigos e interpretações inteligentes que tornam possível o funcionamento correto. Entretanto, esses algoritmos estão longe do ideal, apesar de solucionarem problemas e atenderem em partes necessidades das máquinas, eles ainda precisam de evolução para satisfazer completamente as necessidades humanas de forma plena. 3. Aplicações práticas da robótica assistivaCom a evolução da informática e, consequentemente, da robótica, a baixade preços em dispositivos eletrônicos, circuitos e sensores, e o momento dealta na indústria de desenvolvimento de softwares, a robótica torna-se umagrande área em evolução. Grandes invenções são construídas a partir deinovações ou em cima de ideias antigas – como o exemplo da cadeira derodas automática e inteligente; ou então baseadas em conceitos do mundoreal e animais – como a criação de um robô inspirado no cão guia(NGUYEN, H., KEMP, C., 2008).As aplicações práticas da robótica assistiva no mundo acontecem emdiversos cenários, desde as mais simples até as mais complexas.Neste artigo focaremos nas tecnologias desenvolvidas e em evoluçãovoltadas para ajudar na locomoção de pessoas com deficiência oudificuldades, como é o caso do robô humanoide ASIMO (Advanced Step inInnovative Mobility), construído e concebido pela Honda Motor Co., Ltda.,em 2000, com objetivo de ser um auxiliar para tarefas simples, obedecendocomandos de voz e sendo conhecido como o mais avançado robôhumanoide do mundo.Em 2009 a Honda lançou o exoesqueleto que ajudava pessoas comdificuldade em locomoção. Poucos anos após, em 2011, foi desenvolvido oeLEGS pela Berkeley Bionics, sendo chamado a princípio de HULC (HumanUniversal Load Carrier), pelo qual paraplégicos conseguem locomover-sepor meio de uma interface homem-máquina controlada por sensores
  • 8. capazes de realizar a leitura do usuário, identificando a intenção erealizando o movimento conforme a intenção do usuário.Outros usos atuais da robótica para ajudar pessoas está no uso datecnologia bluetooth® para sincronizar o movimento das pernas. Erecentemente ainda foram desenvolvidos dois métodos promissores que seaproveitam dos sinais elétricos nos músculos e nervos de amputados –myoeletric e TMR (targeted muscle reinnervation) – que podem permitir atémesmo o controle total e consciente do membro para fazer tarefascomplexas, como agarrar um objeto pequeno, fechar um zíper ou segurarum frágil copo de vidro, segundo Rebecca Xu em “The Technoloy of theFuture is Here”, 2012.Diversas outras invenções e inovações são lançadas frequentemente comobjetivo de promover a reabilitação de pessoas com deficiência nosmembros superiores ou inferiores, permitindo a independência e inclusãodestas no mundo. 4. Expectativas para a robótica assitiva Ainda que com grandes desafios a serem vencidos, a robótica assistiva conta com incentivos muito maiores que justificam a sua evolução e crescimento durante os últimos anos, e com expectativas promissoras para o seu futuro. Uma das razões para o grande crescimento e evolução está na redução de custo dos equipamentos eletrônicos como sensores e circuitos eletrônicos integrados (chip), após o início da informática e da criação dos computadores e dos microprocessadores. Com isso, o uso de sensores e das modernas atualizações tecnológicas na eletroeletrônica cada vez mais vem aumentando no mundo da robótica assistiva, podendo ser utilizados em protótipos e assim serem estudados, permitindo a compreensão e evolução dos mais variados sistemas para automação e construção de robôs cada vez mais “inteligentes”. Ao mesmo tempo, o feedback dessas experiências e do uso em robôs para solucionar
  • 9. problemas na vida das pessoas possibilita a melhoria contínua nos maisvariados sensores e sistemas, como GPS, sensores de proximidades, dedetecção de presença de objetos, de temperatura, de reconhecimento deimagens e de voz, para que sejam construídos novos componentes maiscapacitados para exercer tarefas cada vez mais complexas, visandoresolver problemas da realidade do dia a dia dos seres humanos.E juntamente com a expansão da eletroeletrônica veio o aumento dadisponibilidade da informática, que viabilizou maior capacidade deprocessamento e operação, e maior capacidade de armazenamento, queestá acessível hoje para praticamente qualquer pessoa no mundo.Segundo Bill Gates, fundador da Microsoft, em seu texto “A Robot in EveryHome”, é importante lembrarmos que “Um mega-hertz de poder deprocessamento, que custava mais de $7,000 em 1970, agora pode sercomprado por somente alguns centavos. O preço de um megabit dearmazenamento teve um declínio similar. O acesso à tecnologia maisbarata tem permitido aos cientistas trabalharem em tantos problemascomplexos que são fundamentais para tornar robôs práticos.”.E o grande desafio para o mundo da robótica assistiva ainda assim estáem tornar os robôs mais práticos para o dia-a-dia, torna-los mais fáceis deusar e que eles sejam de fato úteis aos seres humanos, ou seja, torna-losmais próximos aos humanos que de máquinas. Mas é justamente devido àredução dos custos na tecnologia e na informática que há um otimismopara a evolução da robótica assistiva. “Hoje, por exemplo, programas de reconhecimento podem identificar muito bem palavras, mas um desafio ainda maior será construir máquinas que possam entender o que essas palavras significam dentro de um contexto. Como a capacidade computacional continua em expansão, designers de robôs terão o poder de processamento que eles precisam para atacar problemas ainda mais complexos.” (GATES, B., 2006).Outro grande fator incentivador e que motiva a construção de aparelhos,sistemas e equipamentos de apoio aos seres humanos com algumadeficiência é o sentimento em transformar as vidas das pessoas, de forma
  • 10. a melhorar sua qualidade e promover sua independência, quediferentemente da robótica original que a princípio preocupava-se somenteem aumentar a produção em fábricas, hoje possui um fator social ehumano, que justifica a busca incessante na melhoria das criações paraque a vida ganhe com isso. O mundo hoje vive um momento mais pacíficoque em outras épocas, livre de grandes conflitos e de guerras mundiais.Há problemas que preocupam, como a produção de alimentos, o aumentopopulacional e a proteção do meio ambiente, mas um dos grandesdesafios contra o ser humano hoje são as doenças e os acidentes, e porisso existe a possibilidade e a justificativa da robótica assistiva ganharespaço e crescer no mercado.Ainda sobre o texto do fundador da Microsoft, a popularidade dos robôs naficção (filmes, por exemplo), indica que as pessoas estão abertas paraaceitar a ideia de que essas máquinas irão juntar-se a nós um dia, o quefacilita a aceitação dos dispositivos criados pela robótica assistiva. Esegundo Yoseph Bar-Cohen e Cynthia Breazeal “O desenvolvimento embiomimética [robôs que imitam algo inspirado na natureza] deve guiar-nospara um dia em que robôs inteligentes poderiam oferecer incomparáveisbenefícios a nós em termos de suporte funcional e intelectual.”, ou seja, arobótica assistiva se beneficia também dessa inspiração na natureza,como foi o exemplo citado do robô baseado no cão guia entre outrasinvenções que temos atualmente.
  • 11. CONCLUSÃOPodemos concluir com o resultado de todas as pesquisas efetuadas einformações obtidas que a robótica pode, de fato, ajudar as pessoas e,principalmente, as pessoas com deficiência físico-motora, com dificuldadesna locomoção. Entretanto é notável ainda que a área possua algumasdificuldades que não obtiveram respostas definitivas, mas que estão emconstante progresso e desenvolvimento, como é o caso do uso desensores e tecnologias mais próximas ao homem, permitindo maiorcontrole, independência e inclusão das pessoas com necessidadesespeciais para locomoção.O público está receptível ao fato das máquinas, dispositivos e robôsestarem cada vez mais em seu dia a dia, o que é uma excelenteoportunidade para o crescimento da indústria robótica na direção deconstruções de soluções cada vez mais perto da perfeição para ahumanidade, reduzindo a distância entre pessoas ditas como normais epessoas tidas como deficientes. Ainda existem muitos desafios, porém hámais pontos positivos que negativos atualmente para a evolução darobótica assistiva.A ascensão econômica e a evolução da humanidade como um tododemandam cada vez mais o uso de novas tecnologias voltadas para aprópria humanidade, e não mais somente para o setor de indústria oubélico. A robótica que antes era definida somente para a construção demáquinas automáticas programadas para execução de tarefas repetitivaspara a indústria ganhou uma nova visão com este cenário mundial,podendo produzir agora dispositivos automáticos controlados por sereshumanos para servir seres humanos. E é neste cenário que a robóticaassistiva ganha força e evolui constantemente, buscando soluções cadavez mais eficazes em termos de energia e de proximidade em relação aolado humano.E esta incansável busca pela eficiência é uma grande motivação para todaa humanidade. Assim como outros grandes desafios foram vencidos por
  • 12. diversas vezes pela humanidade, com criações que superavam à suaépoca, é possível acreditar que outras invenções ainda irão mudar a vidade muitas pessoas com o avanço constante das tecnologias e a vontade ededicação de cientistas, professores e estudantes.A robótica ainda é uma disciplina relativamente nova, mas já com tantosresultados obtidos e demonstrados no dia a dia, como as próteses usandoas tecnologias myoeletric e TMR. Por mais que existam esses outrostantos desafios, a necessidade e a vontade de vencê-los torna-se cada vezmaior com cada pequeno resultado demonstrado no avanço dos protótiposde experiências anteriores. É necessário ainda muito estudo e muitoesforço para obter respostas, as experiências adquiridas e acumuladassão pontos chaves para o avanço contínuo e a motivação das pessoasenvolvidas também deve ser levada em consideração para construir cadavez mais soluções melhores.
  • 13. REFERÊNCIASBAR-COHEN, Y., BREAZEAL, C. Biologically Inspired Intelligent Robots.SPIE – The International Society for Optical Engineering, USA. 2003.BEKEY, G., KUMAR, V. Rehabilitation Robotics and Assistive Robots.Disponível em: http://www.wtec.org/robotics/us_workshop/June22/rehabv1.pdf.Acesso em: 01 ago. 2012.DALLAWAY, J., JACKSON, R., TIMMERS, P. Rehabilitation Robotics inEurope. 1995. Disponível em:http://www.dei.uminho.pt/pessoas/jaa/asbg/wiki/uploads/00372890Rehabilitation%20Robotics%20in%20Europe.pdf. Acesso em: 01 ago. 2012.GATES, B. A Robot in Every Home. 2006. Disponível em:http://agents.sci.brooklyn.cuny.edu/scp50/papers/gates-sciam-2006.pdf. Acessoem: 01 ago. 2012.MOURA, J., FRESSATTI, W., MARCHI, K.; Robótica na reabilitação depessoas com limitações; 2011. Disponível em:http://web.unipar.br/~seinpar/artigos/Junior-Moura.pdf. Acesso em: 01 ago. 2012.TONDU B., BARDOU N.; Anthropomorphism in Robotics Engineering forDisabled People; 2009. Disponível em:http://www.waset.org/journals/waset/v52/v52-80.pdf. Acesso em: 01 ago. 2012.XU, R. The Technology of the Future is Here: Changing the Course of Science,Industry, Medicine and Human Companionship. 2012. Disponível em:http://dujs.dartmouth.edu/wp-content/uploads/2012/05/12s-the-technology-of-the-future-is-here.pdf. Acesso em: 01 ago. 2012.XIE, M., Fundamentals of Robotics: linking perception to action. WorldScientific Publishing Co. Pte. Ltd. 2003.