Com LEGO, um adolescente constrói uma mão robótica que rivaliza com protótipos de laboratório.

Esta ideia cresceu de um desafio familiar para um momento revisto por pares. Mistura peças de brinquedos, mecânica engenhosa e uma ideia muito moderna: a robótica séria pode ser ensinada com o que já está disponível nas prateleiras da escola.

Uma ideia caseira que se tornou um estudo

Aos 16 anos, Jared K. Lepora decidiu reconstruir uma mão robótica com aspeto humano usando apenas peças LEGO padrão. Sem impressão 3D. Sem sensores caros. Só motores, engrenagens, polias do MINDSTORMS e paciência. O seu pai, Dr. Nathan F. Lepora, da Universidade de Bristol, ajudou a apurar a ciência e transformar uma construção na mesa da cozinha num projeto de investigação de nível académico.

O resultado, denominado Educational SoftHand‑A, baseia-se na abordagem de “soft synergy” (sinergia suave) iniciada pela equipa de Pisa/IIT, em Itália. A ideia é simples e poderosa: em vez de mover cada articulação com o seu próprio motor, deixa-se a mecânica fazer o trabalho pesado. Subactuação, tendões e um diferencial engenhoso permitem que a mão se molde aos objetos, tal como os nossos próprios dedos fazem.

Um artigo a descrever o sistema — co-redigido com os investigadores Haoran Li e Efi Psomopoulou — foi publicado numa plataforma de preprints e garantiu lugar na IROS 2025, uma grande conferência em robótica inteligente. Isso é um sinal real de que o trabalho resiste ao escrutínio, e não apenas num vídeo curto.

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

Como funciona realmente a mão LEGO

Biomimética sem peças caras

O dispositivo utiliza quatro dedos — um polegar e três dedos, cada qual com três articulações — movimentados por pares de tendões que imitam músculos antagonistas. Um tendão fecha, o outro abre. Dois motores LEGO alimentam toda a mão, com um diferencial mecânico a distribuir o esforço onde é necessário.

Se um dos dedos encontra um objeto primeiro, as engrenagens com catraca deslizam e os restantes continuam até também encontrar contacto. Esta é a sinergia suave em ação: a forma do objeto dita a pose final.

• Quatro dedos com três articulações cada (doze articulações no total)
• Pares de tendões antagónicos para abrir e fechar
• Dois motores e um diferencial mecânico construído com engrenagens de catraca LEGO
• Bloco de controlo programável que gere ciclos de abertura/fecho em menos de um segundo
• Sem sensores eletrónicos complexos; a adaptação resulta da própria mecânica

É a inteligência mecânica — e não o software — que gere o contacto, o deslizamento e a adaptação da forma. Menos peças, menos falhas, aprendizagem mais rápida.

Números que interessam

Nos testes, a mão exerceu cerca de 5–6 newtons por dedo. É força suficiente para segurar copos, bolas de esponja, rolos de fita e outros objetos irregulares sem oscilar ou escorregar. Os ciclos de abertura-fecho terminam em aproximadamente um segundo — tempo que é ágil para demonstrações em sala de aula e tarefas simples de manipulação.

Do desafio pai-filho a uma ferramenta aberta de sala de aula

A equipa não ficou pelo “funciona”. Publicaram instruções de montagem e código de controlo em acesso aberto, para que alunos e educadores possam replicar o sistema. Essa escolha faz diferença. Muitas vezes, a robótica nas escolas estagna quando os kits são caros, as peças são raras, ou a documentação é escassa. Este projeto aposta na reprodutibilidade. Se tiveres uma caixa de peças LEGO Technic e um hub programável, podes aprender os fundamentos da preensão e da subactuação.

O momento do projeto acrescenta um detalhe extra. A LEGO terminou a linha MINDSTORMS, que em tempos foi um rito de passagem para jovens roboticistas. Ainda assim, as ideias base continuam válidas. SPIKE Prime, motores Powered Up e controladores de terceiros continuam a dar às escolas caminho para montagens semelhantes. A SoftHand‑A é quase uma carta de despedida ao MINDSTORMS e um guião para o que virá a seguir.

As instruções abertas transformam um protótipo único num exercício de laboratório repetível que uma turma pode concluir numa semana.

Porque é que vai além do fator “uau”

O que os alunos realmente aprendem

Os alunos não se limitam a empilhar peças. Lida-se com conceitos reais de robótica que muitas vezes ficam abstratos nos slides:

• Subactuação: muitas articulações, poucos motores, movimento eficiente
• Tendões antagónicos: como os músculos repartem a tarefa e estabilizam uma pose
• Diferenciais: distribuição da força quando o contacto ocorre em momentos diferentes
• Eficiência energética: fazer mais com menos hardware de controlo
• Robustez: deixar a mecânica resolver a incerteza antes do software

Um caminho prático para a inclusão

Tornar a preensão avançada possível com peças comuns reduz barreiras para escolas e clubes. Abaixa a necessidade de ferramentas especializadas, o que ajuda programas onde o orçamento é apertado. Mais mãos podem montar uma mão. É esse o objetivo.

O que dizem os testes sobre o uso no mundo real

Os 5–6 N por dedo relatados cobrem a maioria dos objetos de sala de aula e muitas tarefas de auxílio, como apanhar marcadores, rolos de fita ou copos leves. O ciclo de um segundo apoia interações rápidas sem grande capacidade computacional. E como depende de adaptação passiva, o desenho mantém-se estável mesmo quando os objetos mudam de posição a meio do aperto. Sem afinação fina de PID. Sem sensores frágeis na ponta dos dedos que se partem ao segundo dia.

Há limites. Não se trata aqui de uma pinça de precisão para posicionamentos sub-milimétricos. Não irás enfiar uma linha numa agulha ou manipular tachos quentes. Mas para aprender, mostrar sinergias suaves e ilustrar porque a subactuação é importante, atinge um ponto muito certo.

Dicas para salas de aula e makers

Constrói com inteligência, testa com segurança

• Começa com objetos flexíveis. Bolas de esponja e copos vazios reduzem picos de força.
• Calibra lentamente a tensão dos tendões. Simetria reduz desvios entre dedos.
• Regista a corrente dos motores. Picos assinalam pontos de fricção ou cabos demasiado apertados.
• Roda peças sujeitas a desgaste. Catracas e fios fatigam com muitas demonstrações.
• Ensina modos de falha. Engrenagens presas, tendões frouxos e polias desalinhadas são lições valiosas.

Ir além do LEGO quando a curiosidade desperta

Quando os alunos dominarem a mecânica, evolui para um microcontrolador e um sensor básico de força para comparar controlo passivo e ativo. Experimenta uma almofada impressa em 3D na ponta do dedo para ajustar a fricção e ver como a forma do objeto muda a sinergia. Um pequeno módulo de visão pode testar preensões baseadas na cena, sem alterar a base mecânica.

Contexto que completa o quadro

Mãos de sinergia suave inserem-se numa tendência maior: usar estruturas flexíveis para lidar com incerteza. O campo valoriza falhas graciosas em vez de precisão rígida. Essa mudança reflete a natureza biológica. Mãos subatuadas mantêm custos e complexidade de controlo baixos, permitindo preensões surpreendentemente humanas em formas variadas. O preço a pagar é a manipulação fina, normalmente dependente de mais sensores ou dedos mais ágeis.

Também há a questão da longevidade. Tendões desgastam-se. Engrenagens recuam. Contudo, estes modos de falha ensinam manutenção e iteração de projeto, algo que muitas vezes se perde em demonstrações de laboratório polidas. Para os alunos, isso é ouro. Transforma uma peça de exposição num laboratório vivo onde medir, redesenhar e refletir acontece todas as semanas.

Se a tua escola perdeu acesso ao MINDSTORMS, não deixes a ideia na prateleira. Hubs SPIKE Prime podem correr código semelhante, e controladores leves como uma placa microcontroladora com adaptadores LEGO podem alimentar os mesmos motores. A lição central — primeiro a mecânica, depois o código — não depende de um kit específico.