Si se envía un robot para desactivar una bomba en la carretera, o manipular delicadamente un huevo mientras se cocina una tortilla, debe ser capaz de detectar cuando los objetos se escapan de su alcance.
Sin embargo, hasta la fecha, ha sido difícil o imposible para la mayoría de las manos robóticas y protésicas detectar con precisión las vibraciones y las fuerzas de corte que ocurren, por ejemplo, cuando un dedo se desliza sobre una mesa o cuando un objeto comienza a caer.
Ahora, los ingenieros de la Universidad de Washington y UCLA han desarrollado un sensor flexible "piel" que se puede estirar sobre cualquier parte del cuerpo de un robot o prótesis para transmitir con precisión información sobre las fuerzas de cizallamiento y la vibración que son críticas para agarrar y manipular con éxitoobjetos.
La piel del sensor del robot bioinspirada, descrita en un artículo publicado en Sensores y actuadores A: físico , imita la forma en que un dedo humano experimenta tensión y compresión cuando se desliza a lo largo de una superficie o distingue entre diferentes texturas. Mide esta información táctil con una precisión y sensibilidad similares a la piel humana, y podría mejorar enormemente la capacidad de los robots para realizar tododesde procedimientos quirúrgicos e industriales hasta la limpieza de una cocina.
"Las manos robóticas y protésicas se basan realmente en señales visuales en este momento, tales como '¿Puedo ver mi mano envuelta alrededor de este objeto?' O '¿Está tocando este cable?' Pero esa es obviamente información incompleta", dijo el seniorautor Jonathan Posner, profesor de ingeniería mecánica y de ingeniería química de la Universidad de Washington.
"Si un robot va a desmantelar un dispositivo explosivo improvisado, necesita saber si su mano se desliza a lo largo de un cable o tira de él. Para sostener un instrumento médico, necesita saber si el objeto se está resbalando".Todo esto requiere la capacidad de sentir la fuerza de corte, que ninguna otra piel del sensor ha podido hacer bien ", dijo Posner.
Algunos robots de hoy en día usan dedos totalmente instrumentados, pero esa sensación de "tacto" se limita a ese apéndice y no se puede cambiar su forma o tamaño para acomodar diferentes tareas. El otro enfoque es envolver un apéndice de robot en la piel del sensor, lo que proporciona una mejor flexibilidad de diseño. Pero tales máscaras aún no han proporcionado una gama completa de información táctil.
"Tradicionalmente, los diseños de sensores táctiles se han centrado en detectar modalidades individuales: fuerzas normales, fuerzas de corte o vibración exclusivamente. Sin embargo, la manipulación diestra es un proceso dinámico que requiere un enfoque multimodal. El hecho de que nuestro último prototipo de piel incorpora las tres modalidades creamuchas posibilidades nuevas para enfoques basados en el aprendizaje automático para el avance de las capacidades del robot ", dijo la coautora y colaboradora de robótica Veronica Santos, profesora asociada de UCLA de ingeniería mecánica y aeroespacial.
La nueva piel electrónica estirable, que se fabricó en las instalaciones de nanofabricación de Washington de la Universidad de Washington, está hecha del mismo caucho de silicona utilizado en las gafas de natación. El caucho está incrustado con pequeños canales serpentinos, aproximadamente la mitad del ancho de un cabello humano,lleno de metal líquido eléctricamente conductor que no se agrietará ni fatigará cuando la piel se estire, como lo harían los cables sólidos.
Cuando la piel se coloca alrededor de un dedo robot o un efector final, estos canales microfluídicos se colocan estratégicamente a cada lado de donde estaría una uña humana.
Al deslizar el dedo por una superficie, un lado del lecho de la uña sobresale mientras que el otro lado se tensa bajo tensión. Lo mismo sucede con el robot o el dedo protésico: los canales microfluídicos en un lado de la compresa del lecho de la uña mientraslos del otro lado se extienden.
Cuando cambia la geometría del canal, también lo hace la cantidad de electricidad que puede fluir a través de ellos. El equipo de investigación puede medir estas diferencias en la resistencia eléctrica y correlacionarlas con las fuerzas de corte y las vibraciones que experimenta el dedo robot.
"Realmente sigue las señales de la biología humana", dijo el autor principal Jianzhu Yin, quien recientemente recibió su doctorado de la UW en ingeniería mecánica. "Nuestra piel electrónica se hincha a un lado al igual que el dedo humano y los sensores que midenlas fuerzas de corte se ubican físicamente donde estaría el lecho ungueal, lo que da como resultado un sensor que funciona con un rendimiento similar al de los dedos humanos ".
Al colocar los sensores lejos de la parte del dedo que es más probable que haga contacto, es más fácil distinguir las fuerzas de corte de las fuerzas normales de "empuje" que también ocurren al interactuar con un objeto, lo que ha sido difícil de hacer con otro sensorsoluciones para la piel.
El equipo de investigación de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Washington y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Henry Samueli de la UCLA ha demostrado que la piel del sensor físicamente robusta y resistente a los productos químicos tiene un alto nivel de precisión y sensibilidad para aplicaciones de toque ligero: abrir una puerta, interactuando con un teléfono, dándose la mano, recogiendo paquetes, manipulando objetos, entre otros. Experimentos recientes han demostrado que la piel puede detectar pequeñas vibraciones a 800 veces por segundo, mejor que los dedos humanos.
"Al imitar la fisiología humana en una piel electrónica flexible, hemos logrado un nivel de sensibilidad y precisión que es consistente con las manos humanas, lo cual es un avance importante", dijo Posner. "El sentido del tacto es crítico tanto para la prótesis como para la robóticaaplicaciones, y eso es lo que finalmente estamos creando "
La investigación fue financiada por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Original escrito por Jennifer Langston. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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