Investigadores de la Universidad de Chongqing, en China, Recientemente, han desarrollado un sensor auditivo triboeléctrico autoalimentado (TAS) que podría usarse para construir sistemas auditivos electrónicos para audífonos externos en aplicaciones de robótica inteligente. Su estudio reciente, publicado en Ciencia Robótica , podría informar la creación de una nueva generación de sistemas auditivos, abordar algunos de los desafíos clave en el campo de la robótica social.

El sistema auditivo es el medio de comunicación más sencillo y eficaz entre seres humanos y robots. Idealmente, Los sistemas auditivos robóticos deberían permitir que los robots escuchen las instrucciones humanas y al mismo tiempo perciban sus entonaciones vocales. para responder en consecuencia.

Uno de los objetivos clave de la robótica social es, por tanto, diseñar sensores auditivos que sean potentes y sensibles en un amplio rango de frecuencias. Estas aplicaciones también podrían beneficiar al 10 por ciento de la población mundial que tiene problemas de audición.

"Comúnmente, las personas con problemas de audición siempre pierden una o varias regiones de frecuencia específicas, "Los investigadores que llevaron a cabo el estudio le dijeron a Tech Xplore." El propósito de los audífonos externos es amplificar las regiones específicas de sonido deterioradas al nivel audible para esas personas. Por lo tanto, el uso de sensores auditivos con selectividad de frecuencia como dispositivos de ayuda auditiva para recuperar la audición deteriorada mejoraría las interacciones sociales entre humanos y robots ".

Un desafío adicional dentro del campo de la robótica está relacionado con la potencia y la energía. Para diseñar con éxito sensores auditivos con respuesta de frecuencia de banda ancha y selectividad de frecuencia, los investigadores deben utilizar sensores acústicos tradicionales con circuitos de procesamiento de señales precisos, que aumentan el consumo de energía y reducen el período de trabajo.

"La forma convencional de construir sensores acústicos autoamplificados se basa en el efecto piezoeléctrico y la arquitectura del dispositivo trapezoidal, "explicaron los investigadores." Sin embargo, Los sensores piezoeléctricos tienen una señal de salida bastante baja y una región de respuesta de frecuencia relativamente alta en comparación con el rango de frecuencia de la voz humana. Además, los canales multiseñal, El complicado proceso de fabricación y los materiales piezoeléctricos mejoran sustancialmente sus costos ".

Para abordar estos problemas, los investigadores diseñaron un tipo circular, un canal solo, y sensor auditivo autoalimentado (TAS) que es fácil de fabricar, basado en tecnología de nanogeneradores triboeléctricos. Los nanogeneradores son un tipo de tecnología que convierte la energía mecánica y térmica en electricidad.

Hay tres tipos principales de nanogeneradores:piezoeléctricos, triboeléctrico y piroeléctrico. Tanto los generadores piezoeléctricos como triboeléctricos recolectan energía mecánica para crear electricidad, pero mientras que los primeros lo hacen a través de un material piezoeléctrico nanoestructurado, las triboeléctricas lo logran mediante una conjunción de los efectos de triboelectrificación e inducción electrostática.

"Los aspectos más destacados de nuestro dispositivo TAS son las propiedades de detección autoamplificadas y el espectro adaptable, "explicaron los investigadores." TAS tiene una membrana de vibración cubierta con una capa conductora y una capa conductora inferior cubierta con una capa de tribomaterial. Cuando está bajo una onda acústica, la vibración de la membrana provoca el contacto entre la membrana y el tribomaterial, creando distribución de carga. Debido al efecto de inducción electrostática, la vibración generaría una salida de señal a través de dos capas conductoras. Para cada membrana fija, habría un carácter de vibración específico. Debido a la estructura simple de TAS, podemos diseñar la condición de límite de la membrana para realizar el espectro personalizable que necesitamos ".

Cuando se prueba, el sensor desarrollado por los investigadores produjo una señal de salida alta, respuesta de frecuencia de banda de tablero, y propiedad de selectividad de frecuencia en el rango de la voz humana. Su sensor también es relativamente fácil de construir y proporciona un espectro personalizable en un dispositivo de un solo canal.
"La señal de salida alta y el canal único pueden reducir en gran medida el procesamiento de la señal, reduciendo así el consumo de energía, ", dijeron los investigadores." Los materiales utilizados y su fácil fabricación mejoran la viabilidad de diseñar sistemas auditivos transparentes y una amplia gama de otros dispositivos. Creemos que esta técnica podría proporcionar un sistema auditivo económico y energéticamente eficiente para aplicaciones robóticas y de audífonos ".

El trabajo de este equipo de investigadores destaca el considerable potencial de la tecnología de nanogeneradores triboeléctricos para hacer frente a los desafíos en el campo de la robótica social y construir audífonos más efectivos. Ahora están planificando el desarrollo de nuevos sensores para una variedad de interacciones entre humanos y robots, mientras empujan su tecnología recientemente desarrollada hacia la industrialización.

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