Piel robótica asequible, duradera y ultrasensible para una detección mejorada similar a la humana

Andrés Corselli

(Imagen:Universidad de Cambridge)

Los científicos han desarrollado una "piel" robótica altamente sensible, duradera y de bajo costo que se puede agregar a las manos de los robots como un guante, lo que permite a los robots detectar información sobre su entorno de una manera similar a los humanos.

Los investigadores, de la Universidad de Cambridge y el University College London (UCL), desarrollaron una piel flexible y conductora, que es fácil de fabricar y puede fundirse y moldearse en una amplia gama de formas complejas. La tecnología detecta y procesa una variedad de entradas físicas, lo que permite a los robots interactuar con el mundo físico de una manera más significativa.

A diferencia de otras soluciones para el tacto robótico, que normalmente funcionan mediante sensores integrados en áreas pequeñas y requieren diferentes sensores para detectar diferentes tipos de tacto, la totalidad de la piel electrónica desarrollada por los investigadores de Cambridge y UCL es un sensor, lo que la acerca a nuestro propio sistema de sensores:nuestra piel.

Aunque la piel robótica no es tan sensible como la piel humana, puede detectar señales de más de 860.000 pequeñas vías en el material, lo que le permite reconocer diferentes tipos de tacto y presión (como el golpe de un dedo, una superficie fría o caliente, daños causados por cortes o puñaladas, o múltiples puntos que se tocan a la vez) en un solo material.

Los investigadores utilizaron una combinación de pruebas físicas y técnicas de aprendizaje automático para ayudar a la piel robótica a "aprender" cuál de estas vías es más importante, de modo que pueda detectar diferentes tipos de contacto de manera más eficiente.

Aquí hay un Tech Briefs exclusivo entrevista, editada para mayor extensión y claridad, con el coautor Thomas George Thuruthel, Ph.D., de UCL.

Resúmenes técnicos :¿Cuál fue el mayor desafío técnico al que se enfrentó al fundir y formar la piel?

Thuruthel :Hubo algunos pequeños desafíos. Creo que una de ellas fue que este material no es tan fácil de fluir. No puedes crear formas muy complejas. Es posible que obtenga cosas como espacios. Pero, sinceramente, creo que el mayor desafío fue conectar este material con nuestro libro de electrónica. Entonces, el material en sí es suave y flexible, pero los cables tienen que ser rígidos en algún momento. Esta interfaz entre el material blando y este alambre rígido es siempre un gran desafío.

Resúmenes técnicos :¿Cómo es el proceso para fundir y formar las formas?

Thuruthel :Disponemos de un baño maría. Este material se funde entre 50 y 60 °C y luego se solidifica entre 30 y 40 °C. Entonces, lo calentamos hasta convertirlo en líquido, tenemos un molde donde habrá pequeñas aberturas por donde puedes verter el material. Habrá pequeñas aberturas para que eso también pueda salir. Se vierte el material, se sellan todos los agujeros y luego se deja afuera unas horas para que fragüe. Luego abres el molde. Por supuesto, el molde es fácil de quitar para que puedas sacar la forma más tarde.

Resúmenes técnicos :El artículo que leí dice:"Aunque la piel robótica no es tan sensible como la piel humana, puede detectar señales de más de 860.000 pequeñas vías en el material". Mi pregunta es:¿Cuántas señales puede detectar la piel electrónica comercial actual y cómo se comparan esas cifras con el contacto humano?

Thuruthel :Aunque dijimos 860.000 canales, no significa necesariamente que esa sea la cantidad de unidades independientes de información que se obtienen. Hay mucha información, pero hay mucha información redundante. No hemos cuantificado cuál es la cantidad de información independiente que obtienes. Pero yo diría, indirectamente, para nuestra configuración, diría que el número que estamos viendo sería alrededor de 2000 a 3000 unidades. Para la mano humana, esa cifra rondaría las 15.000 unidades. Muchos de los comerciales son muy discretos; lo que más se ve es del orden de cientos o decenas; creo que incluso las centenas son muy raras.

Sin embargo, existe una tecnología llamada sensores táctiles basados en la visión, que utiliza cámaras integradas en el interior de las manos. En teoría, tendrían una resolución más alta, pero, nuevamente, no se puede cuantificar. No puedes obtener un número de cuántas unidades tienes.

Resúmenes técnicos :¿Tiene algún plan establecido para futuros trabajos de investigación? Y si no, ¿cuáles son tus próximos pasos?

Thuruthel :Recibimos una subvención reciente del Reino Unido; Estamos intentando desarrollar esta tecnología para aplicaciones más comerciales. Realmente no hemos probado cómo le iría a la piel si tuviéramos contacto repetido durante, digamos, miles o 10,000 interacciones. Creo que anticipamos que esto podría ser un problema, especialmente en esta interfaz entre el material blando y la red.

Por eso estamos buscando mejores formas de interconectar y también diferentes materiales. Lo que utilizamos es hidrogel, que es un material decente pero no muy robusto ni duradero. Estamos considerando más materiales sintéticos, materiales naturales como el caucho, por ejemplo, como alternativa.

Y luego estamos analizando tareas de nivel superior. En este momento, solo estamos estimando información de percepción, como dónde está la ubicación del contacto, por ejemplo. Queremos cerrar el círculo. Entonces, ¿cómo utilizamos esta información en una mano o sistema robótico para que pueda realizar tareas del mundo real que sean bastante útiles?

Esos son nuestros próximos pasos.

Transcripción

00:00:02 Los robots ahora pueden sentir lo que tocan tal como lo hacemos nosotros. Bueno, casi. Investigadores de la Universidad de Cambridge han creado una piel artificial repleta de sensores ultrasensibles. Estos sensores no solo detectan la presión, sino que leen la textura, la temperatura e incluso señales similares a las del dolor. La piel que los investigadores moldearon en forma de mano está hecha de un

00:00:29 hidrogel electrolítico con electrodos incrustados alrededor de la muñeca. Los campos eléctricos generados a través de la piel detectan diferentes tipos de estimulación. Los sensores monitorean miles de bits de información que no sólo detectan dónde está la estimulación sino también el tipo de estimulación. Luego, la información se transfiere a los electrodos. La piel artificial puede detectar múltiples

00:00:56 sensaciones al mismo tiempo, como tacto, humedad, temperatura y dolor, y puede caber sobre manos de robots mecánicos como un guante. Esta piel de bajo coste podría revolucionar los campos de la prótesis, la cirugía robótica, la industria automovilística, la rehabilitación e incluso la exploración espacial. ¿Qué es esa sensación? El futuro ahora es un poco más humano.