Pele robótica acessível, durável e ultrassensível para detecção aprimorada semelhante à humana

André Corselli
(Imagem:Universidade de Cambridge)
Os cientistas desenvolveram uma “pele” robótica de baixo custo, durável e altamente sensível que pode ser adicionada às mãos robóticas como uma luva, permitindo que os robôs detectem informações sobre o que os rodeia de uma forma semelhante à dos humanos.

Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge e da University College London (UCL), desenvolveram a pele flexível e condutora, que é fácil de fabricar e pode ser derretida e transformada em uma ampla variedade de formas complexas. A tecnologia detecta e processa uma série de entradas físicas, permitindo que os robôs interajam com o mundo físico de uma forma mais significativa.

Ao contrário de outras soluções para toque robótico, que normalmente funcionam através de sensores embutidos em pequenas áreas e requerem diferentes sensores para detectar diferentes tipos de toque, toda a pele electrónica desenvolvida pelos investigadores de Cambridge e UCL é um sensor, aproximando-a do nosso próprio sistema de sensores:a nossa pele.

Embora a pele robótica não seja tão sensível como a pele humana, ela pode detectar sinais de mais de 860.000 pequenos caminhos no material, permitindo-lhe reconhecer diferentes tipos de toque e pressão – como o toque de um dedo, uma superfície quente ou fria, danos causados por cortes ou facadas, ou vários pontos tocados ao mesmo tempo – num único material.

Os pesquisadores usaram uma combinação de testes físicos e técnicas de aprendizado de máquina para ajudar a pele robótica a “aprender” quais dessas vias são mais importantes, para que possa detectar diferentes tipos de contato com mais eficiência.

Aqui está um Tech Briefs exclusivo entrevista, editada para maior extensão e clareza, com o coautor Thomas George Thuruthel, Ph.D., da UCL.



Resumos técnicos :Qual foi o maior desafio técnico que você enfrentou ao derreter e formar a pele?

Thuruthel :Houve alguns pequenos desafios. Acho que um deles foi que esse material não é tão fácil de fluir. Você não pode criar formas muito complexas. Você pode obter coisas como lacunas. Mas acho que, honestamente, o maior desafio foi conectar esse material ao nosso livro eletrônico. Portanto, o material em si é macio e flexível, mas os fios precisam ser rígidos em algum ponto. Essa interface entre o material macio e esse fio rígido é sempre um grande desafio.

Resumos técnicos :Como é o processo de fusão e formação das formas?

Thuruthel :Temos banho-maria. Este material derrete em torno de 50 ° a 60 °C e depois solidifica em torno de 30 ° a 40 °C. Então, a gente aquece até virar um líquido, temos um molde onde vão ter pequenas aberturas por onde você pode despejar o material. Haverá pequenas aberturas para que também possa sair. Você coloca o material, fecha todos os buracos e depois deixa do lado de fora por algumas horas para que endureça. Então você abre o molde. Claro, o molde é fácil de destacar para que você possa retirar o formato mais tarde.

Resumos técnicos :O artigo que li diz:“Embora a pele robótica não seja tão sensível quanto a pele humana, ela pode detectar sinais de mais de 860.000 pequenos caminhos no material”. Minha pergunta é:quantos sinais o e-skin comercial atual pode detectar e como esses números se comparam ao toque humano?

Thuruthel :Embora tenhamos dito 860.000 canais, isso não significa necessariamente que esse seja o número de unidades independentes de informação que você obtém. Há muita informação, mas há muita informação que é redundante. Não quantificamos quanto é a informação independente que você obtém. Mas eu diria, indiretamente, para nossa configuração, eu diria que seria em torno de 2.000 a 3.000 unidades que seria o número que você está olhando. Para a mão humana, esse número ficaria em torno de 15 mil unidades. Muitos dos comerciais são muito discretos; o que você vê principalmente é da ordem de centenas ou dezenas - acho que até centenas é muito raro.

No entanto, existe uma tecnologia chamada sensores táteis baseados em visão, que usa câmeras embutidas nas mãos. Teoricamente teriam uma resolução mais alta, mas, novamente, não pode ser quantificada. Você não pode obter um número de quantas unidades você tem.

Resumos técnicos :Você tem algum plano definido para trabalhos de pesquisa futuros? E se não, quais são seus próximos passos?

Thuruthel :Recebemos uma recente doação no Reino Unido; estamos tentando desenvolver essa tecnologia para aplicações mais comerciais. Na verdade, não testamos como a pele se comportaria se tivéssemos contato repetido durante, digamos, milhares ou 10 mil interações. Penso que prevemos que isto poderá ser um problema, especialmente nesta interface entre o material flexível e a rede.

Portanto, estamos buscando melhores formas de interface e também analisando diferentes materiais. O que usamos é hidrogel, que é um material decente, mas não muito robusto ou durável. Estamos buscando mais materiais sintéticos, materiais naturais como a borracha, por exemplo, como alternativa.

E então estamos analisando tarefas de nível superior. No momento, estamos apenas estimando informações de percepção, como onde fica o local do contato, por exemplo. Queremos fechar o ciclo – então, como podemos usar essas informações em uma mão ou sistema robótico para que ele possa realizar tarefas do mundo real que sejam bastante úteis?

Esses são nossos próximos passos.

Transcrição

00:00:02 Os robôs agora podem sentir o que tocam, assim como nós. Bem, quase. Pesquisadores da Universidade de Cambridge criaram uma pele artificial repleta de sensores ultrassensíveis. Esses sensores não detectam apenas pressão, eles leem textura, temperatura e até mesmo sinais semelhantes a dor. A pele que os pesquisadores moldaram no formato de uma mão é feita de um

00:00:29 Hidrogel eletrolítico com eletrodos embutidos no pulso. Os campos elétricos gerados na pele detectam diferentes tipos de estimulação. Os sensores monitoram milhares de bits de informação que não apenas detectam onde está a estimulação, mas também o tipo de estimulação. A informação é então transferida para os eletrodos. A pele artificial pode detectar múltiplos

00:00:56 sensações ao mesmo tempo, como toque, umidade, temperatura e dor, e pode caber nas mãos mecânicas do robô como uma luva. Esta pele de baixo custo poderá revolucionar os campos das próteses, da cirurgia robótica, da indústria automóvel, da reabilitação e até da exploração espacial. Qual é a sensação? O futuro ficou um pouco mais humano.