Lixar o isolamento oculto resulta em método mais confiável para medir a recepção de toque robótico

Pesquisadores da Northwestern University e da Universidade de Tel Aviv, em Israel, superaram uma grande barreira para alcançar uma solução de baixo custo para um toque robótico avançado. Os autores argumentam que o problema que está escondido nas margens de muitos trabalhos sobre sensores de toque está na própria pele robótica.

No estudo, os compósitos de borracha de silício baratos usados ​​para fazer a pele foram observados para hospedar uma camada isolante nas superfícies superior e inferior, o que impedia o contato elétrico direto entre o polímero de detecção e os eletrodos da superfície de monitoramento, tornando as medições precisas e repetíveis virtualmente impossíveis.

Com o erro eliminado, as peles robóticas baratas podem permitir que os robôs imitem o toque humano, permitindo que eles detectem as curvas e bordas de um objeto, o que é necessário para segurá -lo adequadamente.

Em um artigo publicado na revista Materiais eletrônicos avançadosuma equipe interdisciplinar de pesquisadores que combina engenheiros elétricos com materiais de polímeros cientistas esclarece esse problema e fornece um caminho a seguir com etapas práticas para validar contatos elétricos, que podem, sem saber, obscurecer o desempenho do dispositivo, de acordo com a Matthew Grayson da Northwestern, professora de engenharia elétrica e computacional na Escola McCorm da Escola de Engenharia.

“Muitos cientistas entendem mal sua resposta ao sensor porque agrupam o comportamento dos contatos com o comportamento do material do sensor, resultando em dados inconsistentes”, disse Grayson.

“Acontece que, se você não estiver ciente desse problema, pode publicar trabalhos que ninguém pode se reproduzir. Nosso trabalho identifica o problema exato, quantifica sua extensão microscopicamente e eletricamente e fornece um manual de encerramento de problemas passo a passo claro para resolver o problema”.

A borracha que pode ser usada para a pele robótica típica, chamada elastômero, é flexível, leve e barata e, ao conduzir eletricamente cargas como nanotubos de carbono, são adicionados à mistura, o composto resultante se torna um candidato ideal para um sensor de toque, cuja resistência muda localmente quando pressionado.

Mas, para receber sinais elétricos, os sensores precisam ser contatados eletricamente, e os pesquisadores detectaram uma fina camada isolante sempre presente nesses compósitos que poderiam alterar drasticamente o comportamento dos contatos.

Apenas lixando a camada ultrafina de isolamento, a equipe conseguiu um contato elétrico muito mais forte e calibrar a espessura da camada isolante, tanto eletricamente quanto microscopicamente.

“Todas as coisas interessantes acontecem na interface”, disse o co-autor e professor da Universidade de Tel Aviv Noa Lachman. “Esta publicação não apenas mostra a importância das interfaces do sensor, mas também a importância de trabalhar no nexo entre duas disciplinas diferentes: ciência dos materiais e engenharia elétrica.

“Especialistas em materiais suspeitaram da presença dessa camada externa isolante em compósitos de polímeros condutores por anos, mas não conseguia entender seus efeitos elétricos. Cada um de nós tem uma peça do quebra -cabeça, mas apenas juntos podemos obter toda a imagem”.

A robótica em particular pode ser complicada em parte, pois requer muitos tipos de especialização. O cientista de materiais de polímero que projeta o material eletrônico funcional para um robô, por exemplo, não possui o mesmo treinamento e habilidades que o engenheiro elétrico cuja eletrônica processará os sinais do sensor. Grayson disse que o desafio “Preparação de contato” foi precisamente onde a conversa sobre essa pesquisa começou.

“É por isso que nossa colaboração com Tel Aviv é essencial – eles conhecem a ciência dos materiais que não conhecemos”, disse Grayson. “Confiamos neles para preparar os materiais que estamos estudando, depois pegamos e estudamos o material antes de nos virar para ajudar os cientistas dos materiais de Tel Aviv a caracterizarem melhor seus materiais”.

Produzir novos materiais – e depois reproduzi -los – requer consistência em muitas variáveis ​​diferentes que geralmente são difíceis ou até impossíveis de controlar. Ao expor a questão da reprodutibilidade em grande parte da literatura sobre detecção de toque, Grayson desafia a comunidade de pesquisa a se manter em um padrão mais alto, com a verificação de qualidade descrita no artigo.

À medida que a conscientização desse problema se espalha entre os pesquisadores, novas publicações podem ser mais rigorosas para avançar no campo com novas capacidades.