Cientistas da USP Revolucionam Teleoperação Robótica com Sistema que Traduz Movimentos Humanos para Manutenção Offshore da Petrobras

Tecnologia pioneira desenvolvida na Escola de Engenharia de São Carlos torna a manipulação de braços robóticos mais intuitiva e segura, com aplicação em ambientes de alto risco onde a presença humana é inviável.

Pesquisadores do Centro de Robótica (CRob) da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP desenvolveram um sistema de controle remoto inovador e altamente intuitivo. A tecnologia permite guiar a teleoperação de braços robóticos acoplados a robôs quadrúpedes, reproduzindo movimentos do braço humano em tempo real. Este avanço promete tornar a manipulação robótica mais fácil e significativamente mais segura, especialmente em ambientes perigosos.

O trabalho, que foi eleito como melhor paper no Simpósio Latino-Americano de Robótica (LARS) de 2025, representa um salto em relação à teleoperação tradicional via joystick. Segundo os pesquisadores, o método convencional é pouco intuitivo e exige conhecimento técnico específico. Murilo Vinicius da Silva, estudante de engenharia da computação e coautor do estudo, explica a motivação: “O nosso foco era pegar essas ferramentas e facilitar a vida. Nada mais intuitivo do que você controlar o braço do robô com o seu próprio braço”.

Adeus Joysticks: A Nova Era da Teleoperação Robótica

O estudo foi conduzido utilizando o robô Spot, da renomada empresa Boston Dynamics, conhecido por sua capacidade de acessar ambientes remotos e perigosos com maior segurança. A aplicação específica da pesquisa focou em bases offshore, instalações cruciais para a exploração e produção de petróleo e gás natural em alto-mar. Embora o Spot já possua funcionalidades importantes, como o desvio de obstáculos, o projeto da USP adiciona capacidades de manipulação que, embora não sejam originais de fábrica, são essenciais para o contexto dessas bases.

A iniciativa conta com o apoio estratégico da Petrobras, que planeja implementar o projeto para a manipulação e manutenção de sistemas industriais em locais onde a presença humana é inviável ou de alto risco. Matheus Hipólito Carvalho, estudante de Engenharia Mecatrônica na EESC e também coautor da pesquisa, destaca a adequação do robô: “O quadrúpede se encaixa nesse contexto, graças a esse atributo de poder andar em vários terrenos, subir escadas e manusear certas ferramentas com o braço”.

Esta tecnologia é um passo fundamental para aumentar a autonomia das bases offshore. “A ideia da Petrobras é realmente ter muitos robôs na plataforma, que façam tanto a identificação dos objetos quanto o mapeamento dela e a sua manutenção”, complementa Silva, ilustrando a visão de um futuro onde robôs desempenham um papel central na operação dessas infraestruturas.

Do Braço Humano ao Braço Robótico: Entendendo a Tecnologia

Para que a teleoperação aconteça, o sistema rastreia a posição do pulso do operador por meio de uma câmera de profundidade. Essa câmera realiza uma estimativa contínua para garantir que o controle seja feito sem colisões. A aquisição das imagens é dividida em duas etapas cruciais: a calibração via marcadores ArUco e o rastreamento via MediaPipe Pose.

O processo inicia-se com a demarcação de um ponto de referência pelo usuário, estabelecido por um marcador ArUco – um padrão visual quadrado, binário e único, similar a um QR Code – posicionado em frente ao peito do operador. Após a identificação, o MediaPipe Pose, um algoritmo de visão computacional do Google, entra em ação, detectando pontos do corpo e extraindo as coordenadas do pulso direito do operador. “Identificamos esse ponto do pulso e traduzimos para o robô ao determinar a posição do corpo em relação à câmera”, explica Silva.

A partir desse ponto determinado, os comandos de movimento são transmitidos ao Kit de Desenvolvimento de Software (SDK) da Boston Dynamics por meio de interfaces de framework de código aberto. Os pesquisadores apontam que o grande desafio foi justamente conseguir traduzir com precisão os complexos movimentos humanos para o robô.

O sistema oferece a flexibilidade de alternar entre diferentes modos de operação, controlados pela contagem de dedos do usuário. Se um dedo é levantado, o modo de teleoperação manual é acionado; dois dedos ativam o modo semiautônomo; e um punho fechado ativa o modo autônomo.

No modo manual, um circuito de controle sincroniza o braço do Spot com a posição desejada pelo usuário, e as ações da garra – abrir e fechar – são ativadas em resposta a gestos específicos. O modo semiautônomo utiliza uma rede de detecção para reconhecer objetos na cena. Neste caso, o gesto de punho fechado ativa a preensão do objeto, e a palma aberta, a liberação, com o robô realizando de forma autônoma a aproximação e a atuação da garra.

Carvalho ressalta que a maior dificuldade no modo manual era a compreensão da profundidade necessária para segurar objetos, enquanto no modo autônomo o próprio robô se encarrega desse aspecto. Ele enfatiza que, em comparação com a teleoperação anterior, a principal evolução é a capacidade de controle com feedback visual, fator que contribui significativamente para uma maior acessibilidade do sistema.

Validação Rigorosa e o Futuro em Ambientes Reais

Para garantir a eficácia da proposta, um ambiente de validação simulado foi desenvolvido, permitindo testar a precisão, capacidade de resposta e mecanismos de segurança do sistema em condições controladas antes da aplicação em cenários reais. Segundo Carvalho, a simulação foi crucial para que os pesquisadores pudessem compreender o funcionamento do modelo e treinar com os objetos de forma eficiente.

Para a validação em um cenário de teleoperação real, os pesquisadores realizaram uma série de experimentos envolvendo tarefas como a abordagem orientada de objetos, iniciação da preensão, manipulação e liberação de objetos. Durante os testes, os operadores foram instruídos a pegar dois objetos do cotidiano e colocá-los em uma caixa de armazenamento.

Silva destaca que o processo exigiu diversas tentativas, mas os resultados foram bem-sucedidos. “A gente foi moldando, foi errando, acertando, errando”, afirma, reforçando que o projeto é contínuo e segue em constante evolução.

Para futuras avaliações, os pesquisadores planejam incluir a participação de especialistas e não especialistas, a fim de validar o funcionamento do sistema desenvolvido de forma abrangente. Além disso, buscam uma implementação mais generalista, para que a tecnologia possa ser aplicada em outros robôs, independentemente do sistema de teste original.

Fonte: jornal.usp.br