Pinza robótica con sensor táctil blando similar a la piel para manipulación de precisión

Un equipo de investigación desarrolló un sensor táctil blando con características comparables a la piel. Una pinza robótica con el sensor montado en la punta del dedo podría realizar tareas desafiantes como agarrar objetos frágiles de forma estable y enhebrar una aguja.

Una característica principal de la piel humana es su capacidad para detectar fuerza de cizallamiento — la fuerza que hace que dos objetos se deslicen uno sobre otro al entrar en contacto. Al detectar la magnitud, dirección y el cambio sutil de la fuerza de cizallamiento, la piel humana puede actuar como retroalimentación y permitirnos ajustar cómo sostener un objeto de forma estable con nuestras manos y dedos o con qué fuerza debemos agarrarlo.

Para imitar esta característica de la piel humana, el sensor táctil blando se integra en una estructura multicapa como la piel humana e incluye una película flexible y especialmente magnetizada de aproximadamente 0,5 mm de espesor como capa superior. Cuando se ejerce una fuerza externa sobre ella, puede detectar el cambio del campo magnético debido a la deformación de la película. Más importante aún, puede desacoplar o descomponer la fuerza externa automáticamente en dos componentes: fuerza normal (la fuerza aplicada perpendicularmente al objeto) y fuerza de cizallamiento, proporcionando la medición precisa de estas dos fuerzas, respectivamente.

Además, el sensor posee otra característica similar a la piel humana: la "super-resolución" táctil que le permite localizar la posición del estímulo con la mayor precisión posible. Un algoritmo eficiente de super-resolución táctil usa aprendizaje profundo para lograr una mejora de 60 veces en la precisión de localización para la posición de contacto. Tal algoritmo de super-resolución táctil puede ayudar a mejorar la resolución física de un array de sensores táctiles con el menor número de unidades de detección, reduciendo así el número de cableados y el tiempo requerido para la transmisión de señales.

Al montar el sensor en la punta del dedo de una pinza robótica, el equipo mostró que los robots pueden realizar tareas desafiantes. La pinza robótica agarró de forma estable objetos frágiles como un huevo mientras una fuerza externa intentaba arrastrarlo, y enhebró una aguja vía teleoperación. El sensor puede extenderse fácilmente a la forma de arrays de sensores o incluso piel electrónica continua que cubra todo el cuerpo del robot.

La sensibilidad y el rango de medición del sensor pueden ajustarse cambiando la dirección de magnetización de la capa superior (película magnética) del sensor sin cambiar el espesor del sensor. Esto permite que la e-piel tenga diferente sensibilidad y rango de medición en diferentes partes, igual que la piel humana. Además, el sensor tiene un proceso de fabricación y calibración mucho más corto comparado con otros sensores táctiles.

El sensor podría ser beneficioso para aplicaciones en el campo de la robótica como agarre adaptativo, manipulación diestra, reconocimiento de texturas, prótesis inteligentes e interacción humano-robot.