Inspirados por el sentido del tacto humano,
Youcan Yan, investigador postdoctoral del CNRS en el
Laboratorio de informática, robótica y microelectrónica de Montpellier (LIRMM - CNRS/Universidad de Montpellier) y
Abderrahmane Kheddar, director de investigación del CNRS en el LIRMM, han diseñado una nueva piel electrónica que permite a los robots detectar fuerzas en tres dimensiones. Este dispositivo único es sencillo de producir y calibrar, abriendo así el camino a robots más inteligentes y seguros para aplicaciones médicas.
En la vida cotidiana de los humanos, el sentido del tacto se utiliza constantemente para interactuar con el mundo. Por el contrario, para los robots, la percepción de fuerzas ha sido durante mucho tiempo un obstáculo. De hecho, los sensores táctiles suelen tener diseños complejos y requieren un calibrado exigente, lo que limita su aplicación.
Para superar estos desafíos, un equipo de científicos del LIRMM se inspiró en los mecanismos naturales. Basándose en las propiedades de la piel humana y el principio de auto-desacoplamiento de la red de Halbach, desarrollaron tras dos años de investigación un sensor magnético flexible capaz de diferenciar fuerzas en tres dimensiones. Este trabajo fue apoyado por el
Desafío Clave "Robótica centrada en el humano" financiado por la región Occitania y el CNRS.
El diseño del sensor es simple, con tres capas. La primera capa consiste en una película magnética flexible que se deforma al contacto, generando una modificación del campo magnético. Una capa intermedia de elastómero actúa como amortiguador, mientras que la última capa está equipada con un circuito impreso y sensores de efecto Hall que detectan las variaciones del campo magnético. Esta configuración permite al sensor medir independientemente fuerzas normales (perpendiculares) y fuerzas de cizallamiento (paralelas).
Su artículo publicado en Nature Machine Intelligence, presenta varias demostraciones de esta tecnología patentada. Al integrar el sensor en una articulación artificial de rodilla, los científicos pudieron controlar cómo se distribuyen las fuerzas durante el movimiento, un resultado que ayudará a los clínicos a comprender y tratar mejor problemas articulares. En otro experimento, el sensor se utilizó para guiar a un robot en la preparación del café. Aplicando una ligera presión y movimientos de deslizamiento sobre el sensor, el robot puede aprender una secuencia de movimientos y reproducirlos de forma autónoma, desde cerrar la pinza hasta verter el agua y remover. La sensibilidad del sensor también permite al robot sostener objetos frágiles, como un huevo, sin dañarlos.
Estructura del sensor táctil (tres diseños diferentes) y principio de funcionamiento.
© Youcan Yan Las implicaciones de estos logros son considerables. En robótica, la integración de estos sensores podría llevar a máquinas más reactivas y adaptativas, capaces de ejecutar tareas complejas con precisión humana. En el ámbito de la salud, prótesis inteligentes o rodilleras podrían beneficiarse de retroalimentación en tiempo real, combinando seguridad y funcionalidad. Además, la facilidad de fabricación y calibrado del sensor abre la puerta a su adopción en aplicaciones cotidianas, haciendo accesible la detección táctil avanzada fuera de laboratorios.
En el futuro, el equipo del LIRMM planea perfeccionar el sensor optimizando sus materiales e integrándolo en sistemas más sofisticados, incluyendo robots humanoides. Esta innovación promete cerrar la brecha entre la destreza humana y la precisión robótica, transformando así cómo las máquinas interactúan con su entorno.
Para saber más:
Yan, Y., Zermane, A., Pan, J.
et al. A soft skin with self-decoupled three-axis force-sensing taxels.
Nat Mach Intell 6, 1284-1295 (2024).
https://doi.org/10.1038/s42256-024-00904-9
Fuente: CNRS INS2I