Garrafa Robótica com Sensor Tátil Suave Semelhante à Pele para Manipulação de Precisão

Uma equipe de pesquisa desenvolveu um sensor tátil suave com características comparáveis à pele. Uma garra robótica com o sensor montado na ponta do dedo poderia realizar tarefas desafiadoras como agarrar objetos frágeis de forma estável e enfiar uma agulha.

Uma característica principal da pele humana é sua capacidade de sentir força de cisalhamento — a força que faz dois objetos escorregarem ou deslizarem um sobre o outro quando entram em contato. Ao detectar a magnitude, direção e a sutil mudança de força de cisalhamento, a pele humana pode atuar como feedback e nos permitir ajustar como segurar um objeto de forma estável com nossas mãos e dedos ou com que força devemos agarrá-lo.

Para imitar esta característica da pele humana, o sensor tátil suave é integrado em uma estrutura multicamadas como a pele humana e inclui um filme flexível e especialmente magnetizado de cerca de 0,5 mm de espessura como camada superior. Quando uma força externa é exercida sobre ele, ele pode detectar a mudança do campo magnético devido à deformação do filme. Mais importante, ele pode desacoplar ou decompor a força externa automaticamente em dois componentes: força normal (a força aplicada perpendicularmente ao objeto) e força de cisalhamento, fornecendo medição precisa dessas duas forças, respectivamente.

Além disso, o sensor possui outra característica semelhante à pele humana: a "super-resolução" tátil que permite localizar a posição do estímulo com a maior precisão possível. Um algoritmo eficiente de super-resolução tátil usa aprendizado profundo para alcançar uma melhoria de 60 vezes na precisão de localização para posição de contato. Tal algoritmo de super-resolução tátil pode ajudar a melhorar a resolução física de uma matriz de sensores táteis com o menor número de unidades de detecção, reduzindo assim o número de fios e o tempo necessário para transmissão de sinal.

Montando o sensor na ponta do dedo de uma garra robótica, a equipe mostrou que robôs podem realizar tarefas desafiadoras. A garra robótica agarrou de forma estável objetos frágeis como um ovo enquanto uma força externa tentava arrastá-lo, e enfiou uma agulha via teleoperação. O sensor pode ser facilmente estendido para a forma de matrizes de sensores ou até mesmo pele eletrônica contínua que cobre todo o corpo do robô.

A sensibilidade e faixa de medição do sensor podem ser ajustadas alterando a direção de magnetização da camada superior (filme magnético) do sensor sem alterar a espessura do sensor. Isso permite que a e-skin tenha diferentes sensibilidade e faixa de medição em diferentes partes, assim como a pele humana. Além disso, o sensor tem um processo de fabricação e calibração muito mais curto comparado com outros sensores táteis.

O sensor poderia ser benéfico para aplicações no campo da robótica como agarramento adaptativo, manipulação destrável, reconhecimento de textura, próteses inteligentes e interação humano-robô.