Uma nova pele à base de hidrogel com recursos de detecção tátil

Por décadas, os especialistas em robótica vêm tentando desenvolver robôs que se pareçam muito com os humanos, tanto em termos de aparência quanto de capacidades. Avanços tecnológicos recentes abriram novas e empolgantes possibilidades para a criação de sistemas robóticos semelhantes aos humanos, por exemplo, introduzindo sensores mais avançados e peles artificiais macias.

Pesquisadores do Bio-Inspired Robotics Lab da Universidade de Cambridge criaram recentemente uma nova pele à base de hidrogel que pode permitir que os robôs detectem as propriedades táteis dos objetos, reproduzindo artificialmente o sentido do tato humano. Essa pele altamente elástica, apresentada em um artigo publicado na Materiais Hoje Eletrônicosreconstrói estímulos táteis usando uma série de eletrodos e uma abordagem computacional sem modelo.

“Recentemente, pesquisadores de todo o mundo têm se interessado em como os robôs podem ser fabricados a partir de materiais flexíveis e elásticos”, disse David Hardman, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao TechXplore. “Esses robôs ‘macios’ são mais seguros de se trabalhar, não danificam os itens com os quais interagem e podem realizar tarefas que são muito difíceis para os robôs ‘rígidos’ tradicionais. No entanto, para todos os benefícios, todos os componentes de um robô devem ser suave, incluindo quaisquer sensores.”

Inspirando-se na pele humana, Hardman e seus colegas decidiram criar um material sensor elástico que pudesse detectar qualquer dano, sentir objetos ou o toque de um humano e monitorar o ambiente ao seu redor. A pele artificial que eles criaram é baseada em um hidrogel (ou seja, um gel insolúvel em água que também contém água dentro dele) acoplado a um sistema de hardware baseado em eletrodos.

“Usamos um hidrogel sensorizado especialmente desenvolvido como base de nossa pele, já que é biodegradável, personalizável e muito elástico”, explicou Hardman. “Juntamos isso com hardware de tomografia de impedância elétrica (EIT), que usa eletrodos na borda da pele para aplicar correntes e medir voltagens que nos fornecem informações sobre o estado da pele. Usando essas voltagens, tentamos deduzir onde a pele foi tocado, ou se foi danificado.”

Em vez de analisar os dados coletados por eletrodos usando uma arquitetura baseada em rede neural convencional, como a maioria das peles artificiais existentes, Hardman e seus colegas criaram mapas de deformação para seu sistema baseado em hidrogel usando uma pequena quantidade de dados do mundo real. Nas avaliações iniciais, eles descobriram que seu sistema superou significativamente um sistema de pele artificial baseado em redes neurais convencionais, alcançando uma resolução média de 12,1 mm em uma pele circular de 170 mm.

“Combinar tecnologias de tomografia de impedância elétrica com peles sensoriais funcionais resulta em um conjunto de problemas que são muito difíceis de resolver usando abordagens puramente matemáticas”, disse Hardman. “Apresentamos uma maneira de simplificar muito isso incluindo uma pequena quantidade de dados do mundo real em nossos cálculos. Por causa disso, podemos começar a lidar com aplicações que seriam impensáveis ​​usando uma abordagem analítica, adicionando sensores táteis suaves em todo o superfície de nossos robôs.”

Até agora, Hardman e seus colegas testaram o potencial de sua pele à base de hidrogel para três aplicações importantes no mundo real, ou seja, a detecção ou localização de danos, monitoramento do ambiente e reconhecimento de diferentes estímulos táteis. O sistema deles teve um bom desempenho em todas essas três tarefas, sugerindo que poderia ser usado para aprimorar os recursos de sistemas robóticos leves projetados para enfrentar diferentes missões.

“No momento, estamos trabalhando para melhorar a forma e o tamanho das peles para que possam ser usadas para detectar estímulos muito mais complexos”, acrescentou Hardman. “Por exemplo, se a pele fosse aplicada em uma mão robótica, gostaríamos que ela detectasse não apenas a localização e a força dos toques na pele, mas também a posição de cada dedo e se a mão foi danificada”.

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