# Mão LEGO Educational SoftHand‑A leva a soft synergy à escola (IROS 2025)

Esta história começou como um desafio em família e acabou por ganhar validação científica. Junta peças de brinquedo, mecânica engenhosa e uma ideia muito actual: é possível ensinar robótica a sério com o que já existe numa prateleira da escola.

Uma ideia caseira que acabou por virar estudo

Aos 16 anos, Jared K. Lepora decidiu reconstruir uma mão robótica com aparência humana usando apenas peças LEGO standard. Sem impressão 3D. Sem sensores caros. Só motores MINDSTORMS, engrenagens, polias e muita paciência. O pai, Dr. Nathan F. Lepora, da University of Bristol, ajudou a dar rigor ao trabalho e a transformar uma construção feita à mesa da cozinha num projecto com qualidade de investigação.

O resultado, baptizado Educational SoftHand‑A, inspira-se na abordagem de «soft synergy» desenvolvida pela equipa Pisa/IIT, em Itália. O princípio é tão simples quanto eficaz: em vez de comandar cada articulação com o seu próprio motor, deixa-se a mecânica fazer grande parte do trabalho. A subactuação, os tendões e um diferencial bem pensado permitem que a mão se molde aos objectos - um pouco à semelhança do que fazem os nossos dedos.

Um artigo a descrever o sistema - em coautoria com os investigadores Haoran Li e Efi Psomopoulou - foi disponibilizado num servidor de preprints e garantiu lugar na IROS 2025, uma conferência de referência em robótica inteligente. É um sinal claro de que o projecto se sustenta sob escrutínio, e não apenas num vídeo.

"A mão LEGO atingiu cerca de 90% do desempenho de preensão de uma SoftHand canónica impressa em 3D, usando apenas peças e motores disponíveis no mercado."

Como funciona, na prática, a mão LEGO Educational SoftHand‑A

Biomimética sem os componentes dispendiosos

O dispositivo tem quatro dígitos - um polegar e três dedos - e cada um possui três articulações (doze articulações no total). O movimento é gerado por pares de tendões que funcionam como músculos antagonistas: um tendão fecha e o outro abre. Dois motores LEGO alimentam toda a mão, e um diferencial mecânico distribui o esforço para onde é necessário.

Quando um dedo toca primeiro no objecto, as engrenagens de catraca deixam de transmitir esforço (escorregam) e os restantes dedos continuam a fechar até também encontrarem contacto. É a «soft synergy» a funcionar: a forma do objecto acaba por determinar a pose final.

• Quatro dígitos com três articulações cada (doze articulações no total)
• Pares de tendões antagonistas para abrir e fechar
• Dois motores e um diferencial mecânico construído com engrenagens de catraca LEGO
• Bloco de controlo programável a gerir ciclos de abrir/fechar em menos de um segundo
• Sem sensores electrónicos complexos; a adaptação emerge da mecânica

"É a inteligência mecânica - e não o software - que gere contacto, escorregamento e adaptação à forma. Menos peças, menos falhas, aprendizagem mais rápida."

Números que importam

Nos ensaios, a mão forneceu cerca de 5–6 newtons por dedo. É suficiente para segurar copos, bolas de espuma, rolos de fita e outros objectos irregulares sem oscilar nem deslizar. Os ciclos de abrir–fechar concluem-se em aproximadamente um segundo, o que é bastante ágil para demonstrações em sala de aula e tarefas simples de manipulação.

Característica	Educational SoftHand‑A (LEGO)	Mão macia típica de laboratório
Accionamento	2 motores, tendões subactuados	Vários motores ou accionamentos por cabos
Sensoriamento	Maioritariamente passivo, sem sensores complexos	Frequentemente sensores tácteis/de força
Adaptação	Diferencial mecânico com catracas	Mecânica mais controlo por software
Custo de construção	Dentro de orçamentos de hobby/educação	Muitas vezes na ordem dos milhares
Desempenho	~90% de uma SoftHand impressa em 3D em preensões	Elevado, referência de investigação

De desafio entre pai e filho a ferramenta aberta para a sala de aula

A equipa não ficou pelo “funciona”. Publicou instruções de montagem e código de controlo em acesso aberto para que estudantes e professores consigam reproduzir o sistema. Esta decisão é relevante: a robótica nas escolas muitas vezes emperra quando os kits são caros, as peças difíceis de obter ou a documentação insuficiente. Aqui, a aposta é na reprodutibilidade. Se houver uma caixa de peças LEGO Technic e um hub programável, dá para aprender fundamentos de preensão e subactuação.

O contexto temporal acrescenta uma camada: a LEGO tem vindo a descontinuar a linha MINDSTORMS, que durante anos foi uma espécie de ritual de passagem para jovens roboticistas. Ainda assim, as ideias centrais não ficam presas a um produto. SPIKE Prime, motores Powered Up e controladores de terceiros continuam a abrir caminho para construções semelhantes em contexto escolar. A SoftHand‑A acaba por ser, ao mesmo tempo, uma carta de despedida ao MINDSTORMS e um esboço do que pode vir a seguir.

"Instruções abertas transformam um protótipo único num exercício de laboratório repetível que uma turma consegue completar numa semana."

Porque é mais do que um efeito ‘uau’

O que os alunos aprendem, de facto

Os alunos não estão apenas a encaixar peças. Entram em contacto com conceitos reais de robótica que muitas vezes ficam abstratos em diapositivos:

• Subactuação: muitas articulações, poucos motores, movimento eficiente
• Tendões antagonistas: como os músculos repartem trabalho e estabilizam uma pose
• Diferenciais: como distribuir força quando os contactos acontecem em momentos diferentes
• Eficiência energética: fazer mais com menos hardware de controlo
• Robustez: deixar a mecânica lidar com incerteza antes do software

Um caminho prático para a inclusão

Ao tornar a preensão avançada possível com peças comuns, baixam-se as barreiras para escolas e clubes. Diminui a dependência de ferramentas especializadas, o que ajuda programas com orçamentos apertados. Mais mãos conseguem construir uma mão - esse é o objectivo.

O que os testes indicam sobre uso no mundo real

Os 5–6 N por dedo reportados chegam para a maioria dos objectos em sala de aula e para várias tarefas de apoio, como apanhar marcadores, rolos de fita ou copos leves. O ciclo de um segundo permite interacções responsivas sem computação pesada. Como o desenho se baseia em adaptação passiva, mantém-se estável quando os objectos se deslocam a meio da preensão. Sem cascatas PID afinadas ao detalhe. Sem sensores frágeis na ponta dos dedos a partir ao segundo dia.

Existem, claro, limites. Não se trata de uma pinça de precisão para posicionamento sub-milimétrico. Não vai enfiar uma linha numa agulha nem manusear utensílios de cozinha quentes. Mas, para aprender, mostrar «soft synergies» e demonstrar por que a subactuação é importante, acerta num equilíbrio muito interessante.

Dicas para salas de aula e makers

Construir com mais inteligência, testar com mais segurança

• Comece por objectos flexíveis. Bolas de espuma e copos vazios reduzem os picos de carga.
• Ajuste a tensão dos tendões de forma gradual. A simetria diminui a deriva entre dedos.
• Registe a corrente dos motores. Picos sinalizam pontos de fricção ou cabos demasiado apertados.
• Substitua componentes sujeitos a desgaste. Catracas e cordas fatigam com demonstrações longas.
• Ensine modos de falha. Engrenagens encravadas, tendões frouxos e polias desalinhadas são excelentes lições.

Ir além do LEGO quando a curiosidade ‘pega’

Quando os alunos dominarem a mecânica, avance com um microcontrolador e um sensor de força simples para comparar controlo passivo e activo. Experimente uma almofada de ponta do dedo impressa em 3D para ajustar o atrito e observar como a forma do objecto altera a sinergia. Um pequeno módulo de visão permite testar preensões guiadas pela cena sem mexer no núcleo mecânico.

Contexto para completar o quadro

As mãos de «soft synergy» inserem-se numa tendência maior: usar estruturas complacentes para lidar com incerteza. Nesta área, valoriza-se uma falha “graciosa” em vez de uma precisão rígida. A mudança faz eco do design biológico. Mãos subactuadas reduzem custos e complexidade de controlo, ao mesmo tempo que permitem preensões surpreendentemente semelhantes às humanas em formas variadas. A contrapartida é a manipulação fina, que normalmente exige mais sensores ou maior independência/destreza dos dedos.

Há ainda a questão da durabilidade. Accionamentos por tendões desgastam-se. Engrenagens podem sofrer retorno (backdrive). Mas estes modos de falha também ensinam manutenção e iteração de design - algo que muitas vezes se perde em demonstrações laboratoriais demasiado polidas. Para estudantes, isso é valioso: transforma uma peça de exposição num laboratório vivo, onde medir, redesenhar e reflectir acontece semana após semana.

Se a sua escola deixou de ter acesso ao MINDSTORMS, não abandone a ideia. Hubs SPIKE Prime conseguem correr trajectos de código semelhantes, e controladores leves - como uma placa de microcontrolador com adaptadores compatíveis com LEGO - podem accionar os mesmos motores. A lição central - mecânica primeiro, código depois - não depende de um kit específico.