A pele eletrônica de material único dá aos robôs o toque humano

Os cientistas desenvolveram uma “pele” robótica de baixo custo, durável e altamente sensível que pode ser adicionada às mãos robóticas como uma luva, permitindo que os robôs detectem informações sobre o ambiente de uma maneira semelhante aos seres humanos. Os resultados são relatados no diário Robótica científica.

Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge e da University College London (UCL), desenvolveram a pele condutora flexível e condutora, que é fácil de fabricar e pode ser derretida e formada em uma ampla gama de formas complexas. A tecnologia sente e processa uma série de insumos físicos, permitindo que os robôs interajam com o mundo físico de uma maneira mais significativa.

Diferentemente de outras soluções para toque robótico, que normalmente funcionam através de sensores incorporados em pequenas áreas e exigem sensores diferentes para detectar diferentes tipos de toque, a totalidade da pele eletrônica desenvolvida pelos pesquisadores de Cambridge e UCL é um sensor, aproximando -o do nosso próprio sistema de sensores: nossa pele.

Embora a pele robótica não seja tão sensível quanto a pele humana, ela pode detectar sinais de mais de 860.000 vias minúsculas no material, permitindo reconhecer diferentes tipos de toque e pressão – como o toque de um dedo, uma superfície quente ou fria, danos causados ​​por corte ou facada ou múltiplos pontos tocados de uma só vez – em um único material.

Os pesquisadores usaram uma combinação de testes físicos e técnicas de aprendizado de máquina para ajudar a pele robótica a “aprender” qual dessas vias mais importa, para que possa sentir diferentes tipos de contato com mais eficiência.

Além de possíveis aplicações futuras para robôs humanóides ou próteses humanas, onde um senso de toque é vital, os pesquisadores dizem que a pele robótica pode ser útil em indústrias tão variadas quanto o setor automotivo ou o alívio de desastres.

As peles eletrônicas funcionam convertendo informações físicas – como pressão ou temperatura – em sinais eletrônicos. Na maioria dos casos, são necessários diferentes tipos de sensores para diferentes tipos de toque – um tipo de sensor para detectar pressão, outro para a temperatura e assim por diante – que são então incorporados em materiais macios e flexíveis. No entanto, os sinais desses diferentes sensores podem interferir entre si e os materiais são facilmente danificados.

“Ter sensores diferentes para diferentes tipos de toque leva a materiais complexos para fazer”, disse o principal autor Dr. David Hardman, do Departamento de Engenharia de Cambridge. “Queríamos desenvolver uma solução que pudesse detectar vários tipos de toque de uma só vez, mas em um único material”.

“Ao mesmo tempo, precisamos de algo barato e durável, para que seja adequado para uso generalizado”, disse o co-autor Dr. Thomas George Thuruthel, da UCL.

Sua solução usa um tipo de sensor que reage de maneira diferente a diferentes tipos de toque, conhecidos como detecção multimodal. Embora seja um desafio separar a causa de cada sinal, os materiais de detecção multimodal são mais fáceis de fazer e mais robustos.

Os pesquisadores derreteram um hidrogel macio, elástico e eletricamente condutor à base de gelatina e o lançaram na forma de uma mão humana. Eles testaram uma variedade de configurações diferentes de eletrodos para determinar o que lhes deu as informações mais úteis sobre diferentes tipos de toque.

A partir de apenas 32 eletrodos colocados no pulso, eles foram capazes de coletar mais de 1,7 milhão de informações em toda a mão, graças aos pequenos caminhos do material condutor.

A pele foi então testada em diferentes tipos de toque: os pesquisadores a criticaram com uma pistola de calor, pressionaram -a com os dedos e um braço robótico, gentilmente a tocaram com os dedos e até cortá -la com um bisturi. A equipe usou os dados coletados durante esses testes para treinar um modelo de aprendizado de máquina para que a mão reconhecesse o que significava os diferentes tipos de toque.

“Podemos espremer muitas informações desses materiais-eles podem fazer milhares de medições muito rapidamente”, disse Hardman, que é pesquisador de pós-doutorado no laboratório do co-autor Fumiya Iida. “Eles estão medindo muitas coisas diferentes ao mesmo tempo, em uma grande área de superfície”.

“Não estamos bem no nível em que a pele robótica é tão boa quanto a pele humana, mas achamos que é melhor do que qualquer outra coisa lá fora no momento”, disse Thuruthel. “Nosso método é flexível e mais fácil de construir do que os sensores tradicionais, e podemos calibrá -lo usando o toque humano para uma variedade de tarefas”.

No futuro, os pesquisadores esperam melhorar a durabilidade da pele eletrônica e realizar mais testes em tarefas robóticas do mundo real.