Imagina correr tu punta de dedo sobre la superficie de un centavo estadounidense. Usted sentiría las crestas de las letras y números elevados, el perfil lateral de Abe Lincoln, y, si es cola, las columnas desbordadas del Lincoln Memorial. Hacer que un robot sienta las mismas cosas es una tarea imponente, que a menudo requiere reunir datos sobre la presión y la fuerza en muchos lugares espaciales de inmediato. Pero eso es justo lo que un equipo de científicos en Europa ahora ha logrado hacer, utilizando una inusual, colorida piel robótica que proporciona sensibilidad de alta resolución en tiempo real.
“Para ser honestos, cuando nos mostraron esto, pensábamos que era, y perdonamos a mi francés, [expletivo] fresco, porque es un enfoque diferente”, recordó Rich Walker, director de Robot de sombras, la compañía robot más larga de U.K., que se centra principalmente en manos robóticas.
RELATED: “Este robot bipedal de bricolaje usado neumático “Air-Muscles” en lugar de motores”
El equipo de investigación, que saluda desde la Universidad Queen Mary de Londres, la Universidad de Florencia, la Universidad de Trieste, y la Universidad de Trento, diseñó una punta de dedo robótica con una piel sintética que refleja diferentes colores de luz en respuesta a la deformación mecánica. Al leer la luz reflejada en la piel, la punta del dedo genera mapas de topología, tensión y presión de contacto. El equipo ya ha utilizado el sensor para generar mapas de un dedo humano, un centavo y una hoja.
Giacomo Sasso, un socio de investigación postdoctoral en el laboratorio Federico Carpi en la Universidad Queen Mary de Londres, surgió la idea para el sensor. Había estado investigando la óptica cuando tropezó con un interesante papel publicado en la revista Naturaleza. Describió el “material mecanocromático” que eventualmente formaría el reflector en la piel.
Siguiendo el método descrito en Naturaleza, Sasso expuso una película sensible a la luz a un láser de 5 megavatios, 635-nanometer (rojo) durante siete minutos. El rayo láser crea un patrón de interferencia que hace que la película polimerice en densidades alternas, creando capas con diferentes índices refractivos.
Esta estructura se llama reflector de Bragg. Las densidades alternantes e índices refractivos en el polímero hacen que se reflejen longitudes de onda específicas de luz. Cuando el reflector es deformado por contacto con un objeto, sus capas se estiran, se vuelven más delgadas y reflejan la luz de una longitud de onda diferente.
Tomó a Sasso menos de una semana para recrear el material en el laboratorio. “Desde allí empezamos a ver cómo podemos traducir estos patrones de color en algo que fue útil para nosotros”, dice. Pronto, se dieron cuenta de que el color producido por el material era todo lo que necesitaban para poder percibir la topología de los objetos.
En el dedo robótico, el reflector Bragg se empareja entre una capa de silicona que lo protege desde el exterior, y un dedo de silicona transparente en forma de punta de dedo con una cámara y luz LED incrustada dentro de ella.
La luz del LED brilla a través del polímero claro del dedo. Cuando la punta de los dedos es deformada por un objeto, el reflector rebota luz de vuelta a la cámara, con longitudes de onda dependiendo del nivel de deformación—rojo para menos deformación, cambio a verde y luego a azul cuando más deformado.
El equipo también hizo ajustes para aumentar la sensibilidad de la piel y ayudar a la cámara a leer mejor las diferencias de color. La silicona de la capa exterior de la punta de los dedos es de color negro para aumentar el contraste de color, permitiendo a la cámara traducir mejor el color a la morfología. La rigidez de la cámara dentro del dedo también aumenta la deformación del reflector, produciendo mayores diferencias en longitudes de onda reflejadas.
Después de toda esa optimización, el dedo proporcionó resolución de 100 mómetros sin computacional Latencia, los investigadores determinaron.
Lo que los dedos robot necesitan
La piel humana toma una variedad de información táctil para mover y manipular objetos con éxito, incluyendo temperatura, textura, presión y vibración. Pero la ingeniería de un robot para hacer lo mismo es desafiar debido a limitaciones espaciales. A menudo no hay suficiente espacio en una mano robótica para incorporar más de un tipo de sensor. La pregunta entonces se convierte: ¿qué tipo de sensor se debe utilizar?
“Y la respuesta a eso es… esa es una pregunta muy difícil. Nadie lo sabe todavía”, dice Walker. El dedo robótico del equipo de Carpi es emocionante porque presenta otra opción para que los robotistas experimenten, dice Walker.
Aunque el equipo de Carpi no es el primero para utilizar materiales blandos para la detección táctil, su tecnología es única porque es capaz de extraer información cuantitativa sobre la profundidad y el tamaño de los mapas topológicos que genera. Según Walker, la mayoría de los sensores sólo pueden generar mapas topológicos que revelan los tamaños relativos de las características del objeto.
Para Sasso, otra ventaja clave de este dedo robótico es que incrusta la detección táctil directamente en el material del dedo, en lugar de usar taxones, o píxeles que miden fuerza o presión en puntos espaciales específicos.
RELATED: Robot Manipula objetos complejos por Touch Alone
“El aspecto central del sensor es que estamos esencialmente [moviéndonos hacia] teniendo el elemento de detección en el nivel material”, dice. “La cámara, que es un componente electrónico muy optimizado, está traduciendo todo lo que el material ya está haciendo directamente en señales digitales”.
Michael Wang, cofundador y científico jefe en Robot de Daimon, que, a diferencia de Shadow Robot, utiliza principalmente la sensibilidad basada en la visión, hizo eco del sentimiento de Walker de que es beneficioso explorar nuevos métodos de detección que pueden traer ventajas únicas. Pero, también explicó que los materiales blandos a menudo enfrentan desafíos con durabilidad y que la importancia del trabajo del equipo se revelaría cuando el dedo se integra en realidad manos robot.
“Los beneficios prácticos y útiles, especialmente en el contexto de las manos robotizadas, siguen siendo probados y validados”, dice.
Cuando los materiales de sensores suaves, como la silicona en la punta de los dedos del equipo de Carpi, se erosionan o dañan después del uso repetido, las señales medida por los sensores pueden no reflejar la topografía de los objetos también.
“Especialmente si usted tiene la electrónica incrustada en la capa material misma, que se convierte en un problema de ingeniería muy difícil. Y no he visto [muchos] buenos materiales electrónicos blandos que realmente pueden pasar largos períodos de uso», dice Wang.
Sin embargo, debido a que el reflector Bragg no está en contacto directo con objetos en sí mismo, la capa exterior de material de silicona actúa como barrera protectora, dice Sasso. El silicona también se puede hacer más durable utilizando ciertos recubrimientos químicos, según Wang.
El equipo ya ha estado hablando con empresas que podrían emplear el nuevo sensor. También esperan mejorar el sensor para que pueda sentir objetos que no se encuentran planos sobre superficies. Eso podría abrir su uso en instrumentos quirúrgicos que requieren cartografía precisa de contacto de tejidos y órganos, dice Carpi.
“Hay avances significativos que esperamos con un camino claro hacia la transición hacia aplicaciones mundiales reales”, dice.
Fuente: Leer completo
Líderes en información sobre robótica latinoamérica.
Líderes en información sobre robótica latinoamérica.
Líderes en información sobre robótica latinoamérica.
Somos tu guía de robótica referente en la región.
