Dependendo da aplicação, a tecnologia funciona agora com ou sem a pega com sensor que fazia parte das versões anteriores. O mais pequeno toque num carrinho de mão ou num carrinho de bebé e as mínimas variações nos dados de condução medidos são suficientes para que o sistema ajude — quase intuitivamente — na aceleração, na travagem e nas curvas. Os motores elétricos localizados no interior das rodas fornecem todas as informações necessárias, sem necessidade de sensores adicionais.
Um pai a empurrar um carrinho de bebé ou um funcionário de um armazém a manobrar um carrinho de mão: ambos guiam os seus veículos fazendo pequenas alterações nas forças de empurrar, puxar ou pressionar que aplicam. Cada uma destas mudanças subtis, por mais pequena que seja, informa as rodas inteligentes sobre o que o utilizador deseja e para onde pretende ir. As rodas interpretam, então, estes sinais recebidos e respondem em conformidade. Os veículos equipados com esta tecnologia são mais fáceis de arrancar, podem deslizar mais suavemente nas curvas e parar mais rapidamente. “Com as nossas rodas inteligentes, é muito mais fácil mover a carga porque os motores elétricos nas rodas proporcionam grande parte da aceleração”, explica o Professor Nienhaus. Os carrinhos de compras descontrolados ou as camas hospitalares volumosas podem agora ser guiados com toques suaves, em vez dos empurrões e puxões normalmente necessários para os manter direitos. Os reboques de bicicleta já não estão limitados a serem puxados passivamente, e os andarilhos, cadeiras de rodas e outros dispositivos de mobilidade podem agora auxiliar ativamente os seus utilizadores.
Nienhaus e a sua equipa na Universidade do Sarre investigaram, desenvolveram e aperfeiçoaram esta tecnologia ao longo de muitos anos. Em 2018, a equipa demonstrou as capacidades de autodeteção destas rodas na feira de tecnologia Hannover Messe. Mostraram que, ao interpretar os dados de medição de motores elétricos localizados no interior das rodas, o sistema de rodas podia determinar quando e como auxiliar o movimento, sem a necessidade de sensores adicionais. Em 2023, demonstraram que, ao introduzir uma pega com sensor, as rodas podem mover cargas com facilidade: acelerando ou travando, girando mais devagar ou mais depressa conforme necessário, com cada roda a atuar de forma independente ou em sincronia com as outras. "Ao combinar a pega com sensor com a nossa tecnologia de rodas inteligentes, somos agora capazes de mover mais de quatro toneladas", afirma Matthias Nienhaus. Até agora, a pega com sensor era necessária como interface de utilizador, permitindo ao utilizador especificar a direção do movimento; albergava também o centro de controlo do sistema: o microcontrolador.
Rodas que pensam por si: movimento assistido sem a pega com sensor.
Na versão mais recente da sua tecnologia de rodas inteligentes, Nienhaus e a sua equipa encontraram uma forma de eliminar completamente o sensor na pega. "Isto torna a tecnologia mais simples, intuitiva e económica", afirma Nienhaus. Uma pequena variação na força aplicada pelo utilizador, seja empurrando ou puxando, é suficiente para que os acionamentos das rodas reconheçam se devem proporcionar um apoio suave ou um impulso mais potente. Isto é possível porque, com a estratégia de controlo de movimento adequada, os acionamentos são essencialmente autorreguláveis e podem gerar eles próprios os comandos de controlo necessários. "O controlo preciso do veículo é conseguido através de uma combinação de métodos de IA, algoritmos de alto desempenho e a identificação de parâmetros relevantes a partir dos dados do motor elétrico nas rodas", explica Nienhaus.
Está demonstrado que a nova tecnologia sem guiador funciona em veículos até 100 quilogramas, dependendo da aplicação específica e da carga útil. Na Feira de Hannover deste ano, os investigadores demonstrarão a suavidade com que um reboque de bicicleta se move quando equipado com rodas inteligentes. A equipa continua a investigar como transportar cargas significativamente mais pesadas sem um guiador com sensor. Para veículos muito pesados, as rodas inteligentes combinadas com um guiador equipado com sensores continuam a ser a melhor solução.
Inteligência artificial integrada na roda: dados em vez de sensores adicionais.
Os motores elétricos no interior das rodas também funcionam como sensores, atuando efetivamente como os próprios órgãos sensoriais das rodas. Quando uma roda se move, as leituras do motor de acionamento no seu interior alteram-se. As variações mínimas nestes valores revelam com precisão o que a roda está a experimentar. "Os motores elétricos nas rodas fornecem todos os dados de medição de que necessitamos para as controlar. Portanto, não há custos adicionais para instalar sensores extra", afirma Matthias Nienhaus. Em vários projetos de investigação anteriores, o seu grupo estudou como extrair o máximo de informação possível dos acionamentos, analisando os dados de medição gerados pela rotação das rodas. Um conjunto de dados, por exemplo, poderia mostrar como o campo eletromagnético se distribui em pontos específicos do motor e como essa distribuição se altera à medida que a roda gira.
Os investigadores recolheram inúmeras medições deste tipo dos sistemas de acionamento e correlacionaram-nas com estados específicos do motor e posições das rodas. A partir da vasta quantidade de dados recolhidos, conseguiram identificar padrões de sinal que correspondem a processos mecânicos típicos. Nienhaus e a sua equipa também registaram um pedido de patente para um método que torna os dados do motor ainda mais significativos, eliminando quaisquer efeitos de interferência. Os dados de medição podem revelar, por exemplo, a força exercida por um acionamento, como as posições das rodas mudam ou se as rodas estão mais carregadas de um lado do que do outro.
Registar pequenas variações nas forças aplicadas é suficiente para manter as rodas na sua trajetória.
Modelos matemáticos e algoritmos inteligentes são utilizados para controlar com precisão os acionamentos dos motores, garantindo que estes respondem adequadamente e monitorizando o seu correto funcionamento. Os motores das rodas fornecem os dados, e um microcontrolador processa os sinais. As rodas são extremamente sensíveis e "detectam" continuamente a sua posição, velocidade e carga. Mesmo o mais pequeno movimento do veículo em que estão montadas — provocado, por exemplo, por um toque de mão — é suficiente para que o sistema de acionamento deduza a ação pretendida. O microcontrolador lê estes sinais dos motores, compara-os e fornece o nível de impulso adequado. Todas as informações são transmitidas pela cablagem padrão já instalada.
A investigação foi parcialmente realizada no âmbito de projetos cooperativos financiados pelo Ministério Federal da Investigação, Tecnologia e Espaço da Alemanha (BMFTR) e pelo Programa Central de Inovação para PME (ZIM).
O professor Matthias Nienhaus está ansioso por ver os resultados da investigação aplicada da sua equipa traduzidos em aplicações comerciais e industriais. Para tal, fundou a WELLGO Systems GmbH como uma empresa derivada do seu departamento de investigação universitário.
