Pesquisadores desenvolvem sensores de toque sem contato para robótica

Um novo tipo radical de sensor de toque para robótica e outras aplicações de biomimética (biônica) é tão sensível que funciona mesmo sem contato direto entre o sensor e os objetos que estão sendo detectados. Ele detecta interferência no campo elétrico entre um objeto e o sensor, a até 100 milímetros do objeto.

Os pesquisadores da Universidade de Qingdao, na China, com colaboradores em outras partes da China e da Coreia do Sul, descrevem sua inovação na revista Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados.

As peles eletrônicas tornaram-se um elemento crucial nos robôs biônicos, permitindo-lhes detectar e reagir prontamente a estímulos externos. Isto pode permitir que sistemas robóticos analisem a forma de um objeto e, se necessário, também o peguem e manipulem.

Os sensores na maioria dos sistemas atuais dependem do toque direto causando uma deformação física de uma camada de contato, levando a alterações na capacitância elétrica. Infelizmente, a uniformidade da resposta às diferentes regiões limita a sensibilidade e as capacidades globais de tais sistemas.

“Para trazer maior sensibilidade e versatilidade, desenvolvemos novos filmes compostos com propriedades elétricas surpreendentes e muito úteis”, diz Xinlin Li, da equipe da Universidade de Qingdao.

O aspecto mais surpreendente ocorreu quando os pesquisadores combinaram dois materiais com uma alta constante dielétrica – uma medida de sua resposta a campos elétricos. Este compósito tinha uma constante dielétrica inesperadamente baixa, um resultado contra-intuitivo que é ideal para fazer um sensor mais sensível a campos elétricos.

O compósito consiste em pequenas quantidades de nitreto de carbono grafítico adicionado ao polidimetilsiloxano. Ela pode ser feita e processada por um método específico de impressão 3D, denominado impressão por distribuição, que oferece controle preciso sobre a estrutura e o padrão da tinta de alta viscosidade impressa.

A equipe usou isso para fazer uma grade que pudesse detectar objetos entre 5 e 100 milímetros de distância da superfície do objeto. Eles testaram as capacidades da rede usando os dedos dos pesquisadores como objetos sendo detectados, à medida que se aproximavam da rede, mas sem realmente fazer contato.

“O desempenho foi excelente em termos de sensibilidade, velocidade de resposta e estabilidade robusta durante vários ciclos de uso”, diz Li. “Isso abre novas possibilidades no campo de objetos vestíveis e peles eletrônicas.”

Ela acrescenta que é adequado para fabricar os sensores fisicamente flexíveis necessários para tecnologias vestíveis. Estes poderiam ser aplicados para monitoramento médico ou usos mais gerais na “Internet das coisas” (IoT) em rápido desenvolvimento, envolvendo o controle remoto de uma ampla variedade de aparelhos.

A incorporação da grade de detecção em uma placa de circuito impresso permitiu que os dados coletados fossem transmitidos pelas redes 4G amplamente utilizadas pelos telefones celulares.

A equipe agora planeja refinar a tecnologia para desenvolver sua adequação para produção em massa. Eles também querem explorar outras possibilidades além da mera detecção de forma e movimento.

Por exemplo, diferentes unidades no conjunto de sensores têm a capacidade de responder sequencialmente, o que proporciona a possibilidade de realizar a interação humano-computador, como o reconhecimento de gestos. O desempenho dos sensores nos sistemas de contato e sem contato também reflete seu potencial na detecção de movimento humano, como evitar obstáculos e monitoramento da marcha, que poderia ser aplicado em cuidados médicos inteligentes.

Fornecido pela Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados