Los sensores ópticos pueden ser especialmente adecuados para su uso en manos robóticas, según los investigadores de la Universidad Carnegie Mellon que han desarrollado una mano robótica suave de tres dedos con múltiples sensores de fibra óptica integrados. También han creado un nuevo tipo de sensor óptico extensible.
Mediante el uso de fibra óptica, los investigadores pudieron incrustar 14 sensores de deformación en cada uno de los dedos de la mano robótica, lo que le dio la capacidad de determinar dónde están en contacto las puntas de sus dedos y detectar fuerzas de menos de una décima de newtonEl nuevo material de detección óptica estirable, no incorporado en esta versión de la mano, podría potencialmente usarse en una piel robótica suave para proporcionar aún más retroalimentación.
"Si desea que los robots funcionen de forma autónoma y reaccionen de manera segura a fuerzas inesperadas en los entornos cotidianos, necesita manos robóticas que tengan más sensores de los que son típicos hoy", dijo Yong-Lae Park, profesor asistente de robótica. "La piel humana contienemiles de unidades sensoriales táctiles solo en la yema del dedo y una araña tiene cientos de mecanorreceptores en cada pierna, pero incluso un humanoide de vanguardia como el Robonaut de la NASA tiene solo 42 sensores en su mano y muñeca ".
Agregar sensores de presión o fuerza convencionales es problemático porque el cableado puede ser complicado, propenso a romperse y susceptible a la interferencia de motores eléctricos y otros dispositivos electromagnéticos. Pero una sola fibra óptica puede contener varios sensores; todos los sensores en cada uno de los dedosde la mano CMU están conectados con cuatro fibras, aunque, teóricamente, una sola fibra podría hacer el trabajo, dijo Park. Y los sensores ópticos son impermeables a la interferencia electromagnética.
Los investigadores de Carnegie Mellon discutirán la mano robótica, desarrollada junto con investigadores de Intelligent Fiber Optic Systems Corp. con el apoyo de la NASA, el 29 de septiembre en la Conferencia Internacional IEEE sobre Robots y Sistemas Inteligentes, IROS 2015, en Hamburgo, Alemania.Se presentará un informe sobre los sensores ópticos altamente extensibles el 1 de octubre en la misma conferencia.
Los robots industriales, que trabajan en un entorno controlado donde las personas no se aventuran, son capaces de una manipulación extremadamente precisa con solo sensores limitados. Pero a medida que los roboticistas en CMU y en otros lugares trabajan para desarrollar robots blandos que puedan interactuar de manera rutinaria y segura con los humanos, aumentóLa atención a la detección táctil y de fuerza es esencial, dijo Park.
Cada uno de los dedos de la mano robótica imita la estructura esquelética de un dedo humano, con la yema del dedo, el nodo medio y el nodo base conectados por articulaciones. Los "huesos" del esqueleto son de plástico duro impreso en 3-D e incorporan ocho sensores parafuerza de detección. Cada una de las tres secciones está cubierta con una piel de caucho de silicona suave incrustada con un total de seis sensores que detectan dónde se ha hecho el contacto. Un solo tendón activo trabaja para doblar el dedo, mientras que un tendón elástico pasivo proporciona fuerza opuesta aenderezar el dedo.
La mano, desarrollada con los estudiantes de ingeniería mecánica Leo Jiang y Kevin Low, incorpora sensores de red de Bragg de fibra FBG disponibles comercialmente, que detectan la tensión midiendo los cambios en la longitud de onda de la luz reflejada por la fibra óptica.
A pesar de sus ventajas, los sensores ópticos convencionales no se estiran mucho: las fibras de vidrio apenas se estiran e incluso las fibras de polímero se estiran típicamente solo entre un 20 y un 25 por ciento, señaló Park. Ese es un factor limitante en un dispositivo como una mano,donde un amplio rango de movimiento es esencial. Park ha desarrollado previamente sensores suaves de microfluidos altamente elásticos, membranas que miden la tensión a través de canales llenos de conductores de líquido, pero son difíciles de fabricar y pueden causar un desastre si el líquido se filtra.
So Park, trabajando con los estudiantes de ingeniería mecánica Celeste To de CMU y Tess Lee Hellebrekers de la Universidad de Texas, inventó un sensor óptico altamente estirable y flexible, utilizando una combinación de cauchos de silicona disponibles comercialmente. Estas guías de ondas suaves están revestidas con oro reflectante; a medida que se estira la silicona, se desarrollan grietas en la capa reflectante, lo que permite que la luz escape. Al medir la pérdida de luz, los investigadores pueden calcular la deformación u otras deformaciones.
Park dijo que este tipo de sensor óptico flexible podría incorporarse en pieles blandas. Tal piel no solo podría detectar el contacto, como es el caso de los componentes blandos en la mano de la CMU, sino también medir la fuerza.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Carnegie Mellon . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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